Question

一道高中物理题目

直流电动机M串联在直流电流中，其轴与圆盘中心O相连，圆盘半径为5.0cm，一皮带绕过圆盘边缘，两端通过弹簧秤拉紧，开关S断开时，电压表的读数为12.6V，开关S接通后，，使两弹簧秤的读数分别为7.0N和5.0N,这时电流表的读数为2.0A，电压表的读数为12.0V，测苏计测得圆盘的角速度为180rad/s,求：（1）电动机的输出功率、效率各为多少？（2）拉紧皮带使电动机停转片刻，此时电压表、电流表的读数各为多少？电动机的输入功率为多大？

Answer 1

1）
电动机输入功率 Pin = 12V * 2A = 24W

电动机输出线速度为 v = 180rad/s * 0.05m = 9m/s
电动机输出功率为 Pout = F * v = 9m/s * (7N - 5N) = 18W

效率 E = Pout/Pin = 75%.

2)
断路时12.6V，导通后2.0A电流下电源只输出12V，可以算出电源内阻
r = (12.6V-12V)/2A = 0.3 Ohm

电动机停转瞬间，电动机的瞬时输入功率需要达到最大。
当电动机阻值与电源内阻相等时可达到电动机功率的峰值。
R = 0.3 Ohm
电流表 I = 12.6V/(0.3 Ohm + 0.3 Ohm) = 21A
电压表 U = I * R = 21A * 0.3 Ohm = 6.3V.
电动机输入功率 Pin = U * I = 6.3V * 21A = 132.3W