Question

某校初三同学为伤残军人王爷爷买了一辆电动轮椅，同学们对这辆车的工作原理产生了兴趣．他们对照说明书的电路原理图（如图所示）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，轮椅前进；再向前推时，快速前进；后拉操纵杆时，轮椅慢慢后退．又知蓄电池的电压U=24V（保持不变）、定值电阻R₂=10Ω，电动机的额定功率P₀=72W，额定电压U₀=24V．
（1）从原理图可知，当开关S接到哪两个接线时轮椅前进．
（2）当轮椅后退时，电流表示数I=0.8A，此时电动机的实际功率为多少？
（3）当电动机以额定功率工作时，电动机线圈电阻损耗的功率为18W，此时轮椅受到的阻力为36N，求轮椅匀速前进的速度．

Answer 1

解：（1）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3、4时才能将滑动变阻器接入电路，故只能将开关接到3、4两个接线柱来控制轮椅前进；
（2）当开关接1、2时，R₂与电动机串联，由欧姆定律可得：
电阻R₂两端的电压为：U₂=IR₂=0.8A×10Ω=8V，
则由串联电路的电压规律可得：
电动机两端的电压为：U_电=U-U₂=24V-8V=16V，
则电动机的实际功率为：P_实=U_电I=16V×0.8A=12.8W；
（3）当电动机以额定功率工作时，
机械功率为P=P_电-P_R=72W-18W=54W，
因轮椅匀速前进，所以F=f=36N，
所以v===1.5m/s．
答：（1）从原理图可知，当开关S接到3、4两个接线时轮椅前进．
（2）当轮椅后退时，电流表示数I=0.8A，此时电动机的实际功率为12.8W．
（3）当电动机以额定功率工作，电动机线圈电阻损耗的功率为18W，轮椅受到的阻力为36N时，轮椅匀速前进的速度为1.5m/s．
分析：（1）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．
（2）当轮椅后退时，由电路图可知电机与R₂串联，则由欧姆定律可得出R₂两端的电压，则由串联电路的电压规律可得出电动机两端的电压，则由功率公式P=UI可得出电动机的实际功率．
（3）电动机的额定功率减掉线圈电阻损耗的功率即为驱动功率，即为转化的机械功率；当轮椅匀速前进时的阻力和动力相等，根据P===Fv求出轮椅匀速前进的速度．
点评：本题考查了电路图的分析、欧姆定律、电功率公式、功率公式的灵活应用以及串联电路特点的应用等，涉及的知识点较多，综合性强；关键是找出题目中隐含的信息和灵活的应用相关知识进行求解．