含電動機問題的三種處理辦法

劉治英 呂廷芬

摘?要：含電動機電路的分析是學生學習的難點，針對這個問題，我的教學從能量關系、電動機的工作原理、實驗三個方面來突破。使學生清楚地認識到，電動機正常工作時，歐姆定律不再適用，且I

關鍵詞：電動機;歐姆定律;機械功率

一、從能量關系來分析

先來區分幾個功率：

P=UI、P=Wt適用于任何電路的電功率的計算。

P=I2R、P=U2R只適用于純電阻電路的電功率的計算。

P=I2R適用于任何電路的熱功率的計算。

電動機正常工作時輸入功率（即電動機消耗的總功率）一部分轉化為熱功率，一部分轉化為機械功率。由能量守恒定律得P電=P出+P熱，即UI=P出+I2R。

（1）電動機正常工作時，有UI=P出+I2R，得I

（2）電動機工作過程中一旦被卡住，可將電動機看成純電阻，電動機中的電流I發生了變化，所以不能再用P=I2R計算電動機在這種情況下的熱功率，可以通過I′=UR 計算出電動機被卡住后的電流，再由P=I′2R 計算。

正常工作的電動機被卡住后，電動機兩端電壓不變，所以電動機被卡住后的功率可以直接用P=U2R計算。

下面兩種角度可以很好地讓學生體會電動機正常工作、卡住時，電流為什么變化，電流怎樣變化。

二、從電動機的工作原理來分析

聯系教材中電動機線圈轉動時切割磁感線產生反電動勢E反，I=E-E反R。

當電動機線圈轉動受阻，即轉動變慢時，速度減小，反電動勢減小，I變大。電動機完全被卡住時，反電動勢變為零，I=ER。

電動機剛開始工作時E反=0，I=ER;

電動機正常工作時I=E-E反R，電流較小，I

電動機被卡住時E反=0，I=ER，同剛開始工作時，此兩種情況下，電流最大，電動機耗電最多。

注意：真實的電動機結構和原理比上述復雜得多，這里分析的只是簡化模型。

三、從實驗角度來證明

將小電動機與電流表、干電池串聯，在電路接通時，我們記錄電動機正常工作、受到一點阻力、受到很大阻力以及電動機被卡住時的電流。

這個過程中，電動機中電流逐漸變大。所以含電動機電路，電動機一旦被卡住，此時電流不再是正常工作時的電流，電流是正常工作時的3.2倍。換用1.5～6 V之間的各種電源重做實驗。發現電動機被卡住后，電流是正常工作時的幾倍甚至十幾倍，此時，接觸電動機的手明顯感受到電動機發熱，很容易燒毀儀器。

從實驗的角度，直觀、形象地反映了電動機負載、阻力不同或輸出功率不同時，電動機電流的變化。通過實驗，學生對電動機正常工作時電流的狀況有了深刻的認識與體會。

綜上所述，電動機正常工作時，由于反電動勢存在，電動機線圈兩端的電壓為外加電壓與反電動勢之差，不是外加電壓，不能用外加電壓除以線圈電阻求電流。但電動機剛開始工作和被卡住時，反電動勢為零，線圈兩端的電壓就是外加電壓，可以用外加電壓除以線圈電阻求電流，此時電動機相當于純電阻，適用于純電阻電路的公式全都可以用。

參考文獻

[1]邱兆林;陳洪運. 為什么正常運轉的直流電機中I≠U/R[J].中學生物理，2013（19）.

[2]黃立培. 電動機控制[M].北京：清華大學出版社，2013.