小明认为:电风扇工作时,电能转化为叶片转动的机械能和线圈发热、摩擦等产生的内能.其中转化为机械能所做的功是
,转化为内能所做的功是
.(选填“有用功”或“额外功”)为了粗略探测电风扇正常工作的电能转化效率,小明用一个铭牌上标有额定电压为U,但其它字迹不清的小型直流电风扇来进行实验,实验设计如下:
(1)按如图所示连接好电路,闭合开关,叶片转动,移动变阻器滑片至某一位置时,叶片刚好不转动,读出此时电压表和电流表的示数分别为U
、I
,则线圈导体的电阻为
;
(2)向
(选填“左”或“右”)移动变阻器滑片,使电压表示数为额定电压U,读出此时电流表的示数为I;
(3)若忽略摩擦,只考虑线圈发热损耗,则电风扇正常工作时电能转化效率的表达式η=
(用测出的已知量表示).
答案:
分析:有用功是需要且必须做的功;额外功是不需要又不得不做的功;
(1)叶片不转动时,电能全部转化为内能,此时是纯电阻电路,根据R=可计算电阻;
(2)若将滑片向左移动,则电流变大,电动机两端电压变大;若将滑片向右移动,则电流变小,电动机两端电压变小;
(3)根据公式分别算出电动机工作时消耗的总功率和发热功率,然后用总功率减去发热功率算出机械功率,最后用机械功率除以总功率得出电风扇正常工作时电能的转化效率.
解答:解:电风扇工作时,主要目的是将电能转化为机械能,所以电能转化为机械能所做的功是有用功;当电流通过线圈时,由于电流的热效应,电能会转化为内能,这部分能量会白白的损耗,所以电能转化为内能所做的功是额外功.
(1)叶片不转动时,电能全部转化为内能,此时是纯电阻电路,所以线圈导体的电阻为:R=;
(2)叶片不转动时,说明电动机两端电压偏低,所以要使电压表示数为额定电压,应将滑动变阻器滑片向左移动;
(3)电动机正常工作时消耗的总功率:P总=UI,
电动机正常工作时线圈的发热功率:P热=I2R,
则电动机正常工作时的机械功率:P机=P总-P热=UI-I2R=UI-I2=-==,
那么电风扇正常工作时电能的转化效率:η===×=.
故答案为 有用功,额外功;(1);(2)左;(3).