Question

13．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”或接“2”时，电动轮椅既能前进又能后退为什么？
（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；
（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．

Answer 1

分析 （1）电动机的转动方向和电流方向、磁场方向有关；转动速度和电路中的电流大小有关；
（2）根据欧姆定律求出电阻R₂两端的电压，再求出电动机两端电压，再根据P=UI求出电动机的功率；
（3）根据题意求出电动轮椅的机械功率，再根据P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv求出牵引力，因为是匀速运动，所以阻力和牵引力是一对平衡力，大小相等．

解答 解：
（1）由题可知，轮椅前进且能调速，所以前进电路中应有可以控制电路中的电流的装置，即有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，则电动轮椅能后退．
（2）当电动轮椅后退时，开关S₁、S₂同时接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，
由串联电路的电压规律可知，电动机两端的电压为：U_M=U-U₂=24V-10V=14V，
则电动机的实际功率为：P_实=U_MI=14V×1A=14W；
（3）由题意可知，电动机的机械功率：
P_机=P_额η=100W×75%=75W，
由P=$\frac{W}{t}$=$\frac{Fs}{t}$=Fv可得，电动轮椅受到的牵引力：
F_牵=$\frac{{P}_{机}}{v}$=$\frac{75W}{2m/s}$=37.5N，
因为匀速运动，所以阻力f=F_牵=37.5N．
答：（1）当开关S₁和S₂同时接“1”或接“2”时，改变了电动机中的电流方向，所以电动轮椅既能前进又能后退；
（2）电动机的实际功率14W；
（3）电动轮椅受到的阻力37.5N．

点评 此题主要考查的是学生对电动机转动方向和转速、欧姆定律、电功率计算公式及其变形公式的理解和掌握，难度较大．