Question

6．韩国设计师打造了如图甲所示这款另类雨伞：没有伞面，空气从下面的进气口进入经高速直流电动机驱动风扇后从上面的喷气口喷出，形成一道气幕．这道气幕能够起到伞面的作用，在使用者与雨水之间形成一道稳固的屏障，用来阻挡雨水．
为了稳定电动机转速，电动机连接了一个PTC陶瓷元件（原理图如乙）． PTC有一个根据需要设定的叫做“居里点温度”的温度，低于这个温度时，其电阻随温度的升高而减小，高于这个温度时，电阻值则随温度的升高而增大．

（1）这种气幕伞使用的PTC元件，其电阻随温度变化的图象如图丙，由图可知，该PTC材料的居里点温度为35℃．
（2）你认为这种气幕伞的设计或在使用过程中有何不足？不符合低碳经济潮流、电池耗尽后不能使用（写出一点即可）．
（3）这种气幕伞上使用的直流电动机，标有“9V、72W”的 字样，测得此电动机线圈的电阻为0.09欧，则此电动机在正常工作时的效率最大是多少？

Answer 1

分析 （1）根据题目提供的“居里点温度”特点，由图象可求出居里点温度；
（2）根据没有伞盖和消耗电能进行解答；
（3）电动机正常工作时的功率和额定功率相等，根据P=UI求出电路中的电流，根据P=I²R求出电动机线圈电阻产生的热功率，电动机消耗的电功率减去热功率即为获得的机械功率，根据η=$\frac{{P}_{机械}}{{P}_{电动机}}$×100%求出电动机在正常工作时的效率．

解答 解：（1）由题意可知，PTC有个“居里点温度”，低于这个温度时，其电阻随温度的升高而减小，高于这个温度时，电阻值则随温度的升高而增大，结合图象可知，该PCT材料的居里点温度为35℃；
（2）这种气幕伞的设计或在使用过程中的不足：消耗电能（消耗能源）、不符合绿色环保理念、不符合低碳经济潮流、只能遮雨不能遮阳、雨极易溅到他人身上、刮大风时雨仍会吹到人身上、电池耗尽后不能使用等；
（3）电动机正常工作时的功率P_M=72W，由P=UI可得通过的电流：
I=$\frac{{P}_{M}}{U}$=$\frac{72W}{9V}$=8A，
电动机线圈电阻产生的热功率：
P_R=I²R=（8A）²×0.09Ω=5.76W，
获得的机械功率：
P_机械=P_M-P_R=72W-5.76W=66.24W，
电动机在正常工作时的效率：
η=$\frac{{P}_{机械}}{{P}_{电动机}}$×100%=$\frac{66.24W}{72W}$×100%=92%．
故答案为：（1）35；
（2）不符合低碳经济潮流、电池耗尽后不能使用；
（3）此电动机在正常工作时的效率最大是92%．

点评 本题考查了学生对居里点的理解、气幕伞的设计或在使用过程的不足、效率的计算等，对学生的综合能力要求较高，有一定的难度．