Question

18．乐乐是个玩具车迷，他发现自己最喜欢的一款遥控车有两个车轮是导向轮，只是用来控制行驶方向．另两个车轮是动力轮，通过一个小型电动机给这两个车轮提供动力，推动车辆前进后退．仔细研究说明书后，他发现动力轮电动机所在的电路如图甲所示．电源电压为12V，图中开关S为双刀双掷开关，两个刀片之间用一个绝缘杆相连，通过遥控装置可实现同时将两个刀片向上打或向下打．电路接通时，电动机内的电流随时间变化的图象如图乙所示．
（1）当开关S₁闭合后，请说明开关S的作用．
（2）电动机线圈的电阻是多大？
（3）控制小车向前正常匀速直线行驶的过程中，电动机线圈内每分钟产生的热量是多少？

Answer 1

分析 （1）电动机的转动方向与电流方向有关，根据图甲分析S接上和下时电路中电流方向分析；
（2）电路接通时，t=0，电动机还未开始转动，由图象可知通过的电流，根据I=$\frac{U}{R}$计算线圈电阻；
（3）小车向前正常匀速直线行驶的过程中，电动机转动也是匀速的，由此判断通过电动机的电流，根据Q=I²Rt计算线圈内每分钟产生的热量．

解答 解：
（1）电动机的转动方向与电流方向有关，根据图甲：
当开关S₁闭合后，S接上时，电动机电流由左向右，S接下时，电动机电流由右向左，
所以开关S向两个不同方向打时，通过电动机内的电流方向相反，可使电动机分别向相反的方向转动，从而实现让小车前进或后退．
（2）电路接通时，t=0，电动机还未开始转动，由图象可知通过的电流I=1.2A，
根据I=$\frac{U}{R}$得电动机线圈的电阻：R=$\frac{U}{I}$=$\frac{12V}{1.2A}$=10Ω；
（3）小车向前正常匀速直线行驶的过程中，电动机转动也是匀速的，所以电动机的电流稳定，
由图象此时电动机电流：I′=0.4A，
所以线圈内每分钟产生的热量：Q=I′²Rt=（0.4A）²×10Ω×60s=96J．
答：（1）开关S向两个不同方向打时，通过电动机内的电流方向相反，可使电动机分别向相反的方向转动，从而实现让小车前进或后退．
（2）电动机线圈的电阻是10Ω；
（3）小车向前正常匀速直线行驶的过程中，电动机线圈内每分钟产生的热量是96J．

点评 本题考查电路分析、欧姆定律和焦耳定律公式的应用，关键是能从图象从找到接通电路时电动机未转动和匀速转动时的电流．