Question

13．如圖是某型號(hào)電動(dòng)輪椅工作原理示意圖．開關(guān)S₁和S₂由絕緣操縱桿控制，能同時(shí)接“1”或接“2”，向前推操縱桿時(shí)輪椅前進(jìn)且能調(diào)速，向后拉操縱桿時(shí)輪椅以恒定速度后退．已知蓄電池的電壓為24V保持不變，R₂的阻值為10Ω，電動(dòng)機(jī)的額定功率為100W，額定電壓為24V．請解答下列問題：
（1）當(dāng)開關(guān)S₁和S₂同時(shí)接“1”或接“2”時(shí)，電動(dòng)輪椅既能前進(jìn)又能后退為什么？
（2）當(dāng)電動(dòng)輪椅后退時(shí)，電流表示數(shù)為1A，此時(shí)電動(dòng)機(jī)的實(shí)際功率；
（3）當(dāng)電動(dòng)機(jī)以額定功率工作時(shí)，電動(dòng)輪椅在水平路面上勻速前進(jìn)的速度為2m/s，若此時(shí)電動(dòng)機(jī)消耗的電能有75%轉(zhuǎn)化為電動(dòng)輪椅前進(jìn)的機(jī)械能，此時(shí)電動(dòng)輪椅受到的阻力．

Answer 1

分析 （1）電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和電流方向、磁場方向有關(guān)；轉(zhuǎn)動(dòng)速度和電路中的電流大小有關(guān)；
（2）根據(jù)歐姆定律求出電阻R₂兩端的電壓，再求出電動(dòng)機(jī)兩端電壓，再根據(jù)P=UI求出電動(dòng)機(jī)的功率；
（3）根據(jù)題意求出電動(dòng)輪椅的機(jī)械功率，再根據(jù)P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv求出牽引力，因?yàn)槭莿蛩龠\(yùn)動(dòng)，所以阻力和牽引力是一對平衡力，大小相等．

解答 解：
（1）由題可知，輪椅前進(jìn)且能調(diào)速，所以前進(jìn)電路中應(yīng)有可以控制電路中的電流的裝置，即有滑動(dòng)變阻器且與電動(dòng)機(jī)串聯(lián)在電路中；由電路圖可知，此時(shí)開關(guān)S₁和S₂都接1；
輪椅后退時(shí)，輪椅以恒定速度后退，即電動(dòng)機(jī)應(yīng)與R₂串聯(lián)，此時(shí)電流方向與前進(jìn)時(shí)相反，由電路圖可知，此時(shí)開關(guān)S₁和S₂都接2，則電動(dòng)輪椅能后退．
（2）當(dāng)電動(dòng)輪椅后退時(shí)，開關(guān)S₁、S₂同時(shí)接2時(shí)，R₂與電動(dòng)機(jī)串聯(lián)，
由歐姆定律可得，電阻R₂兩端的電壓為：U₂=IR₂=1A×10Ω=10V，
由串聯(lián)電路的電壓規(guī)律可知，電動(dòng)機(jī)兩端的電壓為：U_M=U-U₂=24V-10V=14V，
則電動(dòng)機(jī)的實(shí)際功率為：P_實(shí)=U_MI=14V×1A=14W；
（3）由題意可知，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率：
P_機(jī)=P_額η=100W×75%=75W，
由P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv可得，電動(dòng)輪椅受到的牽引力：
F_牽=$\frac{{P}_{機(jī)}}{v}$=$\frac{75W}{2m/s}$=37.5N，
因?yàn)閯蛩龠\(yùn)動(dòng)，所以阻力f=F_牽=37.5N．
答：（1）當(dāng)開關(guān)S₁和S₂同時(shí)接“1”或接“2”時(shí)，改變了電動(dòng)機(jī)中的電流方向，所以電動(dòng)輪椅既能前進(jìn)又能后退；
（2）電動(dòng)機(jī)的實(shí)際功率14W；
（3）電動(dòng)輪椅受到的阻力37.5N．

點(diǎn)評 此題主要考查的是學(xué)生對電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向和轉(zhuǎn)速、歐姆定律、電功率計(jì)算公式及其變形公式的理解和掌握，難度較大．