Question

【题目】小洋和同学们通过暑期的勤工俭学为残疾人老王买了一辆电动轮椅。为了帮助老王正确使用，小洋研究了说明书，电动轮椅的原理简图如图所示。他了解到，操纵杆可操纵双刀双掷开关S以及滑动变阻器R1的滑片P．前推操纵杆时轮椅慢慢前进，继续前推操纵杆时轮椅快速前进；后拉操纵杆时轮椅慢慢后退。蓄电池的电压U＝24V（保持不变），R2为定值电阻。

（1）原理图中双刀双掷开关S中间的连接物（深色部分）为_____（选填“导体”或“绝缘体”）；

（2）从原理图和以上描述可知，当开关接到_____、_____两个接线柱时，轮椅前进。若轮椅以3m/s的速度匀速前进了8s，此过程中轮椅受到的平均阻力为5N，电池的输出功率为25W，求此过程中轮椅工作的效率____；

（3）当轮椅后退时电动机的功率是7W，此时电流表示数为0.5A，求R2的阻值____。

Answer 1

【答案】绝缘体 2 3 60% 20Ω

【解析】

（1）为避免电源短路来判断双刀双掷开关S中间的连接物（深色部分）性质；（2）由题意可知，当轮椅前进时可以加速，故前进电路中应有可以控制电路中的电流的装置，即应有滑动变阻器，故由电路的特点可知应将开关接到哪一接线柱上；根据s＝vt求出通过的距离，根据W＝Pt求在这个过程中输出的总能量：根据二力平衡的条件，求出牵引力F，根据W有＝Fs求做的有用功：根据公式求此过程中轮椅工作的效率；（2）判断当轮椅后退时电路图的连接，根据P＝UI，求出此时电动机的电压U机，根据串联电路电压的规律，求出电阻R2两端的电压，由欧姆定律求电阻R2。

（1）原理图中双刀双掷开关S中间的连接物（深色部分）为绝缘体，否则会造成电源短路；（2）由题意可知，当轮椅前进时，可以通过控制电流的大小而控制速度的大小，故应在电路中接有滑动变阻器；由图可知，只有开关接在2、3时才能将滑动变阻器R1和电动机接入电路，故只能将开关接到2、3两个接线柱来控制轮椅前进；若轮椅以3m/s的速度匀速前进了8s，轮椅通过的距离s＝vt＝3m/s×8s＝24m，根据二力平衡条件可得，轮椅受到的牵引力：F＝f＝5N，牵引力做的有用功：W有＝Fs＝5N×24m＝120J；电池的输出功率为25W，在这个过程中输出的总能量：W总＝Pt＝25W×8s＝200J；

此过程中轮椅工作的效率：η＝＝＝60%；（3）当开关接1、2时，R2与电动机串联，变阻器没有连入电路中，电路中电流恒定，当轮椅后退时电动机的功率是7W，根据P＝UI可得，此时电动机两端的电压： U机＝＝＝14V，根据串联电路电压的规律可得，电阻R2两端的电压为：U2＝U﹣U机＝24V﹣14V＝10V，由I＝可得R2的阻值：

R2＝＝20Ω。