文 南京市金陵中學(xué)2016級高二（4）班李納米

圖1

不少同學(xué)在做有關(guān)直流電動機(jī)的習(xí)題時，對“當(dāng)電動機(jī)正常工作時，是非純電阻電路；當(dāng)電動機(jī)被卡住不轉(zhuǎn)時，是純電阻電路”感到一頭霧水。

例如：如圖1所示，電源電動勢E=10V，內(nèi) 阻 r=0.5Ω，“8V、16W”的燈泡恰好能正常發(fā)光，電動機(jī)M繞組的電阻R0=1Ω，求電動機(jī)的輸出功率。

不少同學(xué)不理解，為什么不能用路端電壓8V除以電動機(jī)M繞組的電阻R0，算出通過電動機(jī)的電流？此處為什么不能把直流電動機(jī)看作純電阻？

電動機(jī)最重要的作用是輸出機(jī)械能，帶動機(jī)械負(fù)載運轉(zhuǎn)做功。但電動機(jī)繞組電阻上有電流通過，會產(chǎn)生發(fā)熱功率，導(dǎo)致電動機(jī)電路出現(xiàn)能量損耗。

電動機(jī)能量損耗不止表現(xiàn)在電動機(jī)M繞組的電阻上，還有電動機(jī)的磁路損耗、機(jī)械摩擦損耗、雜散損耗等。為了簡化敘述，人教版高中物理選修3-1教材中沒有提及這些損耗。

電動機(jī)M繞組的電阻R0上消耗的功率為熱功率P熱，也就是說R0為熱功率P熱在電路中的代表。根據(jù)人教版高中物理選修3-1教材“P電=P熱+P機(jī)”，電路中P熱有了代表，而P機(jī)沒有代表，容易引起誤解。

為此，不妨再設(shè)一個電阻RJ代表機(jī)械功率P機(jī)，我稱這個電阻為機(jī)械模擬等效電阻。這樣，直流電動機(jī)的電路可等效為繞組的電阻R0與機(jī)械模擬電阻RJ的串聯(lián)電路。圖1的等效電路如圖2所示。

圖2

當(dāng)電動機(jī)被卡住不能運轉(zhuǎn)時，軸上輸出機(jī)械功率為0，此時機(jī)械模擬電阻RJ為0。有了模擬等效電路，由于機(jī)械模擬電阻為未知數(shù)，就不會用路端電壓8V除以電動機(jī)M繞組的電阻R0來計算通過電動機(jī)的電流了。

此題正確的解題思路是：路端電壓等于燈泡兩端的電壓，燈泡正常發(fā)光，就等于燈泡的額定電壓；對內(nèi)電路研究，用歐姆定律求出通過電源的電流，由P=EI求解電源的總功率；電動機(jī)兩端電壓等于燈泡的額定電壓，根據(jù)電源的電流和燈泡的電流求出電動機(jī)的電流，根據(jù)能量守恒求解電動機(jī)的輸出功率。

以后，再遇到有關(guān)電動機(jī)的習(xí)題，首先畫出電動機(jī)的等效電路就不會誤解了。