Question

【題目】小洋和同學們通過暑期的勤工儉學為殘疾人老王買了一輛電動輪椅。為了幫助老王正確使用，小洋研究了說明書，電動輪椅的原理簡圖如圖所示。他了解到，操縱桿可操縱雙刀雙擲開關S以及滑動變阻器R1的滑片P．前推操縱桿時輪椅慢慢前進，繼續前推操縱桿時輪椅快速前進；后拉操縱桿時輪椅慢慢后退。蓄電池的電壓U＝24V（保持不變），R2為定值電阻。

（1）原理圖中雙刀雙擲開關S中間的連接物（深色部分）為_____（選填“導體”或“絕緣體”）；

（2）從原理圖和以上描述可知，當開關接到_____、_____兩個接線柱時，輪椅前進。若輪椅以3m/s的速度勻速前進了8s，此過程中輪椅受到的平均阻力為5N，電池的輸出功率為25W，求此過程中輪椅工作的效率____；

（3）當輪椅后退時電動機的功率是7W，此時電流表示數為0.5A，求R2的阻值____。

Answer 1

【答案】絕緣體 2 3 60% 20Ω

【解析】

（1）為避免電源短路來判斷雙刀雙擲開關S中間的連接物（深色部分）性質；（2）由題意可知，當輪椅前進時可以加速，故前進電路中應有可以控制電路中的電流的裝置，即應有滑動變阻器，故由電路的特點可知應將開關接到哪一接線柱上；根據s＝vt求出通過的距離，根據W＝Pt求在這個過程中輸出的總能量：根據二力平衡的條件，求出牽引力F，根據W有＝Fs求做的有用功：根據公式求此過程中輪椅工作的效率；（2）判斷當輪椅后退時電路圖的連接，根據P＝UI，求出此時電動機的電壓U機，根據串聯電路電壓的規律，求出電阻R2兩端的電壓，由歐姆定律求電阻R2。

（1）原理圖中雙刀雙擲開關S中間的連接物（深色部分）為絕緣體，否則會造成電源短路；（2）由題意可知，當輪椅前進時，可以通過控制電流的大小而控制速度的大小，故應在電路中接有滑動變阻器；由圖可知，只有開關接在2、3時才能將滑動變阻器R1和電動機接入電路，故只能將開關接到2、3兩個接線柱來控制輪椅前進；若輪椅以3m/s的速度勻速前進了8s，輪椅通過的距離s＝vt＝3m/s×8s＝24m，根據二力平衡條件可得，輪椅受到的牽引力：F＝f＝5N，牽引力做的有用功：W有＝Fs＝5N×24m＝120J；電池的輸出功率為25W，在這個過程中輸出的總能量：W總＝Pt＝25W×8s＝200J；

此過程中輪椅工作的效率：η＝＝＝60%；（3）當開關接1、2時，R2與電動機串聯，變阻器沒有連入電路中，電路中電流恒定，當輪椅后退時電動機的功率是7W，根據P＝UI可得，此時電動機兩端的電壓： U機＝＝＝14V，根據串聯電路電壓的規律可得，電阻R2兩端的電壓為：U2＝U﹣U機＝24V﹣14V＝10V，由I＝可得R2的阻值：

R2＝＝20Ω。