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问答题
如图，是农村建房用的塔吊，用此塔吊可将砖等重物方便地运送到楼上。如果用质量为30kg的独轮车装砖块，一次可将270kg的砖块30s匀速运到三楼，每层楼高3m，它使用的是“380V，3kW”的电动机。设一切摩擦不计，吊钩质量不计。回答下列问题：
（1）图中A、B分别是_________、_________。（选填“定滑轮”或“动滑轮”）
（2）电动机的工作原理是___________，它工作时能的转化是______________。
（3）电动机外轮上装有电磁闸，电磁闸上的电磁铁在电动机通电转动时产生磁性，使电磁闸闸鼓放开；电动机不通电不转动时，电磁铁不通电失去磁性，闸鼓在强弹簧作用下张紧，闸鼓抱紧电动机外轮，使电动机立即停止转动，其作用是________________。
（4）试求塔吊一次做的有用功、总功、有用功率及整个塔吊的机械效率，并说明机械效率较低的原因（只说出一点即可）。

本题信息：2010年湖北省模拟题物理问答题难度较难来源:牛青丹
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本试题 “如图，是农村建房用的塔吊，用此塔吊可将砖等重物方便地运送到楼上。如果用质量为30kg的独轮车装砖块，一次可将270kg的砖块30s匀速运到三楼，每层楼高3m，它...” 主要考查您对
直流电动机

有用功和额外功

机械效率的计算

定滑轮及其工作特点

动滑轮及其工作特点
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直流电动机
有用功和额外功
机械效率的计算
定滑轮及其工作特点
动滑轮及其工作特点

电动机的原理：

工作原理	直流电动机是根据通电线圈在磁场中受到力的作用而发生转动的原理制成的，它在工作时将电能转化为机械能
基本构造	直流电动机主要由两部分组成，即能够转动的线圈和固定不动的磁体。在电动机里，能够转动的部分叫转子，固定不动的部分叫定子，电动机工作时，转子在定子中飞快地转动。如图所示
能量转化	电能转化为机械能
换向器	(1)构造：由两个铜制半球环构成 (2)作用：能自动地改变线圈中的电流方向，使线圈能连续转动
优点	构造简单、控制方便、体积小、效率高、功率可大可小，价格便宜、无污染

直流电动机和交流电动机的比较：

		直流电动机	交流电动机
构造	相同	均由磁体，线圈组成
构造	不同	需要换向器(两个半铜环)，外电路上有电源	用两个铜环和电刷连接电路，外电路上无电源
原理	相同	均受磁场方向影响
原理	不同	磁场对通电线圈的作用	电磁感应现象
用途	相同	两者一起帮助人类利用水能、内能、核能等
用途	不同	电能转化为机械能机械能	转化为电能

补充：区别电动机与发电机，要分清是运动产生电，还是通电后运动，从而确定电能与机械能的转化；装置方面一个有电源，一个没有电源，电动机是通电产生运动，所以有电源的是电动机，没电源的是发电机。

直流电动机不转或转速过小的原因：
安装直流电动机模型时，线圈不转的原因主要有电路开路、磁铁无磁性和线圈处于平衡位置等几种情况。转速过小是因为电流小或磁性弱。

例1正确连接好直流电动机模型的电路后，合上开关，电动机不转，试列出可能产生故障的原因及相应排除故障的方法。
(1)____，排除故障的办法____；
(2)____，排除故障的办法____；
(3)____，排除故障的办法____。

解析：通电线圈在磁场作用下才能运动，如果磁铁失去磁性，电动机就不会转动。电动机靠换向器改变线圈中电流方向，使线圈连续转动，但若换向器接触不良，则不能使线圈连续转动。线圈通过平衡位置时靠的是惯性，但线圈如果原来是静止在平衡位置的，那么线圈将保持静止的状态。

答案：(1)磁铁无磁性更换磁铁(2)线圈处于平衡位置让线圈转过平衡位置(3)电刷与换向器接触不良可压紧电刷与换向器

用控制变量法判断通电导体在磁场中受力情况：
通电导体在磁场中受力情况的判定常与电动机原理对应结合，通电导体在磁场中受力方向与磁场方向和电流方向有关：

例如图所示，导体放入(a)图磁场中的受力方向已经标出，请在(b)图、(c)图上标出它的受力方向。

解析：通电导体在磁场中的受力方向与电流方向和磁感线方向都有关系。
比较图(a)、(b)：磁感线方向相同，都是垂直纸面向里，电流方向相反，受磁场力方向也应相反，(a)图向左，则(b)图向右。
比较图(b)、(c)：电流方向相同而磁场方向相反，受到磁场力的方向也应该相反，因(b)图水平向右，所以(c)图应水平向左。

答案：如图甲、乙

有用功，额外功与总功：

名称	定义	符号	公式	实例
有用功	使用机械做功时对人们有用的功	W_有	W有=Gh	从井中打水时提水所做的功
额外功	对人们没有用但又不得不做的功	W_额	——	从井中打水时提水桶和绳子所做的功
总功	有用功与额外功之和	W_总	W_总=W_有+W_额	从井中打水时手的拉力所做的功

区分有用功和额外功：
区分有用功与额外功的关键是看我们需要达到什么做功目的。在同一做功过程中，目的不同，功的性质就不一样。例如：用桶将水从水井中提出来，提水是我们需要的，而提桶是不需要，但又不得不做的功，故克服水重做的是有用功，而克服桶重做的是额外功；如果是一只桶掉入水井里，我们要将桶从井中提出来，则克服桶重做的是有用功，而克服桶中可能带出来的水的重力所做的功就是额外功了。

计算有用功，额外功和总功的方法：
1. 总功的计算：
（1）定义法：W_总=Fs
（2）总功等于有用功和额外功之和，即W_总=W_有用+W_额外
（3）公式法：
2. 有用功的计算方法：
（1）定义法：W_有用=Gh
（2）W有用=W_总-W_额外
（3）公式法：
3. 额外功的计算方法：
（1）定义法：
（2）W_额外=W_总-W_有用
（3）公式法：

机械效率的定义：
有用功跟总功的比值叫做机械效率；

计算公式：
η=

机械效率的意义：
（1）机械效率的功率是标志机械做功性能好坏的物理量，机械效率越高，这个机械的性能越好。

（2）机械效率的高度并不决定使用机械是省力还是费力，效率高只说明有用功在总功所占的比例；省力还是费力是指做一定的有用功时，所用动力的大小。机械效率高不一定省力。
功，功率和机械效率的比较：

物理量	物理意义	定义	符号	公式	单位	说明
功	做功即能量的转化	有力作用在物体上，并且物体在力的方向上移动了一段距离，就说力对物体做了功	W	W=Fs	J	l. 功率大小由功和时间共同决定，单独强调某一方面是错误的 2．功率和机械效率是两个不同的物理量，它们之问没有直接关系
功率	做功快慢	单位时间内完成的功	P		W(国际单位) kW，MW（常用单位）
机械效率	反映机械性能的物理量	有用功占总功的总值	η		无

汽车的机械效率和功率：
    机械效率与功率是两个完全不同的概念。
    这两个物理量是从不同方面反映机械性能的，它们之间没有必然的联系。
    功率大表示机械做功快；机械效率高表示机械对总功的利用率高。功率大的机械不一定机械效率高。内燃机车功率可以达到几千千瓦，但效率只有30％r～ 40%，反之，机械效率高的机械功率不一定大。安装在儿童玩具汽车里的电动机效率可达80%，但功率却只有凡瓦特。

定义:
在使用过程中，轴固定不动的滑轮.

工作特点：

实质:
特点:	不省力也不省距离，可以改变力的方向
重物提升的高度h与绳子通过的距离s的关系：	s=h

定义：
在使用过程中，轴随物体一起移动的滑轮(“动” 指轴心的位置在移动而不是转动)
动滑轮的工作特点：

实质
特点	可以省一半的力，但不能改变力的方向
重物提升的高度h与绳子通过的距离s的关系	s=2h

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