Question

12．如图是某型号电动轮椅工作原理示意图．开关S₁和S₂由绝缘操纵杆控制，能同时接“1”或接“2”，向前推操纵杆时轮椅前进且能调速，向后拉操纵杆时轮椅以恒定速度后退．已知蓄电池的电压为24V保持不变，R₂的阻值为10Ω，电动机的额定功率为100W，额定电压为24V．请解答下列问题：
（1）当开关S₁和S₂同时接1时，电动轮椅前进；电动轮椅既能前进又能后退，是因为电动机线圈中电流的方向能够改变．
（2）当电动轮椅后退时，电流表示数为1A，此时电动机的实际功率是多少？
（3）当电动机以额定功率工作时，电动轮椅在水平路面上匀速前进的速度为2m/s，若此时电动机消耗的电能有75%转化为电动轮椅前进的机械能，此时电动轮椅受到的阻力是多大？

Answer 1

分析 （1）轮椅前进且能调速，故前进电路中应有可以控制电路中的电流的装置，即应有滑动变阻器且与电动机串联；轮椅后退时，轮椅以恒定速度后退，即电动机应与R₂串联．
（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）已知电动机的额定功率及电阻消耗的功率，则可求得电动机的输出功率，由功率公式P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv可求得牵引力，则由二力平衡可得出轮椅受到的阻力．

解答 解：（1）由题轮椅前进且能调速，故前进电路中应有可以控制电路中的电流的装置，即滑动变阻器且与电动机串联在电路中．由电路图可知，此时开关S₁和S₂都接1；
轮椅后退时，轮椅以恒定速度后退，即电动机应与R₂串联，此时电流方向与前进时相反，由电路图可知，此时开关S₁和S₂都接2．则电动轮椅既能前进又能后退，是因为电动机线圈中电流的方向能够改变．
（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=1A×10Ω=10V
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-10V=14V，
则电动机的实际功率为：P_实=U_电I=14V×1A=14W；
（3）电动机的机械功率P_机=P₀η=100W×75%=75W，
由P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv可得，牵引力F_牵=$\frac{{P}_{机}}{v}$=$\frac{75W}{2m/s}$=37.5N，因为匀速运动，故阻力f=F_牵=37.5N．
答：（1）1；方向；（2）此时电动机的实际功率是14W；（3）此时电动轮椅受到的阻力是37.5N．

点评 本题应注意通过审题找出题目中隐含的信息，同时注意对电路的分析能力，灵活应用欧姆定律及串联电路的电压规律求解．