Question

19．小洋和同學(xué)們通過(guò)暑期的勤工儉學(xué)為殘疾人老王買了一輛電動(dòng)輪椅．為了幫助老王正確使用，小洋研究了說(shuō)明書(shū)，電動(dòng)輪椅的原理簡(jiǎn)圖如圖所示．他了解到，操縱桿可操縱雙刀雙擲開(kāi)關(guān)S以及滑動(dòng)變阻器R₁的滑片P．前推操縱桿時(shí)輪椅慢慢前進(jìn)，繼續(xù)前推操縱桿時(shí)輪椅快速前進(jìn)；后拉操縱桿時(shí)輪椅慢慢后退．蓄電池的電壓U=24V（保持不變），R₂為定值電阻．
（1）原理圖中雙刀雙擲開(kāi)關(guān)S中間的連接物（深色部分）為絕緣體（選填“導(dǎo)體”或“絕緣體”）；
（2）從原理圖和以上描述可知，當(dāng)開(kāi)關(guān)接到2、3兩個(gè)接線柱時(shí)，輪椅前進(jìn)．若輪椅以3m/s的速度勻速前進(jìn)了8s，此過(guò)程中輪椅受到的平均阻力為5N，電池的輸出功率為25W，求此過(guò)程中輪椅工作的效率；
（3）當(dāng)輪椅后退時(shí)電動(dòng)機(jī)的功率是7W，此時(shí)電流表示數(shù)為0.5A，求R₂的阻值．

Answer 1

分析 （1）為避免電源短路來(lái)判斷雙刀雙擲開(kāi)關(guān)S中間的連接物（深色部分）性質(zhì)；
（2）由題意可知，當(dāng)輪椅前進(jìn)時(shí)可以加速，故前進(jìn)電路中應(yīng)有可以控制電路中的電流的裝置，即應(yīng)有滑動(dòng)變阻器，故由電路的特點(diǎn)可知應(yīng)將開(kāi)關(guān)接到哪一接線柱上；
根據(jù)s=vt求出通過(guò)的距離，根據(jù)=Pt求在這個(gè)過(guò)程中輸出的總能量：
根據(jù)二力平衡的條件，求出牽引力F，根據(jù)W_有=Fs求做的有用功：
根據(jù)η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}(cāng)}$×100%求此過(guò)程中輪椅工作的效率；
（2）判斷當(dāng)輪椅后退時(shí)電路圖的連接，根據(jù)P=UI，求出此時(shí)電動(dòng)機(jī)的電壓U_機(jī)，
根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，求出電阻R₂兩端的電壓，由歐姆定律求電阻R₂．

解答 解：
（1）原理圖中雙刀雙擲開(kāi)關(guān)S中間的連接物（深色部分）為絕緣體，否則會(huì)造成電源短路；
（2）由題意可知，當(dāng)輪椅前進(jìn)時(shí)，可以通過(guò)控制電流的大小而控制速度的大小，故應(yīng)在電路中接有滑動(dòng)變阻器；由圖可知，只有開(kāi)關(guān)接在2、3時(shí)才能將滑動(dòng)變阻器R₁和電動(dòng)機(jī)接入電路，故只能將開(kāi)關(guān)接到2、3兩個(gè)接線柱來(lái)控制輪椅前進(jìn)；
若輪椅以3m/s的速度勻速前進(jìn)了8s，輪椅通過(guò)的距離s=vt=3m/s×8s=24m，
根據(jù)二力平衡條件可得，輪椅受到的牽引力：F=f=5N，
牽引力做的有用功：W_有=Fs=5N×24m=120J；
電池的輸出功率為25W，在這個(gè)過(guò)程中輸出的總能量：W_總=Pt=25W×8s=200J；
此過(guò)程中輪椅工作的效率：η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}(cāng)}$=$\frac{120J}{200J}$×100%=60%；
（3）當(dāng)開(kāi)關(guān)接1、2時(shí)，R₂與電動(dòng)機(jī)串聯(lián)，變阻器沒(méi)有連入電路中，電路中電流恒定，
當(dāng)輪椅后退時(shí)電動(dòng)機(jī)的功率是7W，根據(jù)P=UI可得，此時(shí)電動(dòng)機(jī)兩端的電壓：
U_機(jī)=$\frac{P}{I}=\frac{7W}{0.5A}$=14V，
根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律可得，電阻R₂兩端的電壓為：
U₂=U-U_機(jī)=24V-14V=10V，
由I=$\frac{U}{R}$可得R₂的阻值：
R₂=$\frac{{U}_{2}}{I}=\frac{10V}{0.5A}$=20Ω．
故答案為：（1）絕緣體；
（2）2、3；此過(guò)程中輪椅工作的效率為60%；
（3）R₂=20Ω．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了電路圖的分析、歐姆定律、電功率公式、功率公式的靈活應(yīng)用以及串聯(lián)電路特點(diǎn)的應(yīng)用等，涉及的知識(shí)點(diǎn)較多，綜合性強(qiáng)；關(guān)鍵是找出題目中隱含的信息和靈活的應(yīng)用相關(guān)知識(shí)進(jìn)行求解．