Question

【題目】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(qǐng)解答下列問(wèn)題：
（1）當(dāng)開關(guān)S1和S2同時(shí)接時(shí)，電動(dòng)輪椅前進(jìn)；電動(dòng)輪椅既能前進(jìn)又能后退，是因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)線圈中電流的能夠改變．
（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)際功率是多少？
（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)輪椅受到的阻力是多大？

Answer 1

【答案】
（1）1；方向
（2）

當(dāng)開關(guān)接1、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

則由串聯(lián)電路的電壓規(guī)律可得：

電動(dòng)機(jī)兩端的電壓為：U電=U﹣U2=24V﹣10V=14V，

則電動(dòng)機(jī)的實(shí)際功率為：P實(shí)=U電I=14V×1A=14W；

答：此時(shí)電動(dòng)機(jī)的實(shí)際功率是14W；

（3）

電動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率P機(jī)=P0η=100W×75%=75W，

由P= =Fv可得，牽引力F牽= =37.5N，因?yàn)閯蛩龠\(yùn)動(dòng)，故阻力f=F牽=37.5N．

答：此時(shí)電動(dòng)輪椅受到的阻力是37.5N．

【解析】解：（1）由題輪椅前進(jìn)且能調(diào)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)輪椅既能前進(jìn)又能后退，是因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)線圈中電流的方向能夠改變．
（2）當(dāng)開關(guān)接1、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
則由串聯(lián)電路的電壓規(guī)律可得：
電動(dòng)機(jī)兩端的電壓為：U電=U﹣U2=24V﹣10V=14V，
則電動(dòng)機(jī)的實(shí)際功率為：P實(shí)=U電I=14V×1A=14W；
（3）電動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率P機(jī)=P0η=100W×75%=75W，
由P= = =Fv可得，牽引力F牽= = =37.5N，因?yàn)閯蛩龠\(yùn)動(dòng)，故阻力f=F牽=37.5N．
答：（1）1；方向；（2）此時(shí)電動(dòng)機(jī)的實(shí)際功率是14W；（3）此時(shí)電動(dòng)輪椅受到的阻力是37.5N．
（1）輪椅前進(jìn)且能調(diào)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)變阻器且與電動(dòng)機(jī)串聯(lián)；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)．
（2）當(dāng)輪椅后退時(shí)，由電路圖可知電機(jī)與R2串聯(lián)，則由歐姆定律可得出R2兩端的電壓，則由串聯(lián)電路的電壓規(guī)律可得出電動(dòng)機(jī)兩端的電壓，則由功率公式P=UI可得出電動(dòng)機(jī)的實(shí)際功率；
（3）已知電動(dòng)機(jī)的額定功率及電阻消耗的功率，則可求得電動(dòng)機(jī)的輸出功率，由功率公式P= = =Fv可求得牽引力，則由二力平衡可得出輪椅受到的阻力．本題應(yīng)注意通過(guò)審題找出題目中隱含的信息，同時(shí)注意對(duì)電路的分析能力，靈活應(yīng)用歐姆定律及串聯(lián)電路的電壓規(guī)律求解．