Question

13．如圖是某型號電動輪椅工作原理示意圖．開關(guān)S₁和S₂由絕緣操縱桿控制，能同時接“1”或接“2”，向前推操縱桿時輪椅前進且能調(diào)速，向后拉操縱桿時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，電動機的額定功率為100W，額定電壓為24V．請解答下列問題：
（1）當(dāng)開關(guān)S₁和S₂同時接“1”或接“2”時，電動輪椅既能前進又能后退為什么？
（2）當(dāng)電動輪椅后退時，電流表示數(shù)為1A，此時電動機的實際功率；
（3）當(dāng)電動機以額定功率工作時，電動輪椅在水平路面上勻速前進的速度為2m/s，若此時電動機消耗的電能有75%轉(zhuǎn)化為電動輪椅前進的機械能，此時電動輪椅受到的阻力．

Answer 1

分析 （1）電動機的轉(zhuǎn)動方向和電流方向、磁場方向有關(guān)；轉(zhuǎn)動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，再求出電動機兩端電壓，再根據(jù)P=UI求出電動機的功率；
（3）根據(jù)題意求出電動輪椅的機械功率，再根據(jù)P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv求出牽引力，因為是勻速運動，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，輪椅前進且能調(diào)速，所以前進電路中應(yīng)有可以控制電路中的電流的裝置，即有滑動變阻器且與電動機串聯(lián)在電路中；由電路圖可知，此時開關(guān)S₁和S₂都接1；
輪椅后退時，輪椅以恒定速度后退，即電動機應(yīng)與R₂串聯(lián)，此時電流方向與前進時相反，由電路圖可知，此時開關(guān)S₁和S₂都接2，則電動輪椅能后退．
（2）當(dāng)電動輪椅后退時，開關(guān)S₁、S₂同時接2時，R₂與電動機串聯(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，電動機兩端的電壓為：U_M=U-U₂=24V-10V=14V，
則電動機的實際功率為：P_實=U_MI=14V×1A=14W；
（3）由題意可知，電動機的機械功率：
P_機=P_額η=100W×75%=75W，
由P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv可得，電動輪椅受到的牽引力：
F_牽=$\frac{{P}_{機}}{v}$=$\frac{75W}{2m/s}$=37.5N，
因為勻速運動，所以阻力f=F_牽=37.5N．
答：（1）當(dāng)開關(guān)S₁和S₂同時接“1”或接“2”時，改變了電動機中的電流方向，所以電動輪椅既能前進又能后退；
（2）電動機的實際功率14W；
（3）電動輪椅受到的阻力37.5N．

點評 此題主要考查的是學(xué)生對電動機轉(zhuǎn)動方向和轉(zhuǎn)速、歐姆定律、電功率計算公式及其變形公式的理解和掌握，難度較大．