题目内容

19．小洋和同学们通过暑期的勤工俭学为残疾人老王买了一辆电动轮椅．为了帮助老王正确使用，小洋研究了说明书，电动轮椅的原理简图如图所示．他了解到，操纵杆可操纵双刀双掷开关S以及滑动变阻器R1的滑片P．前推操纵杆时轮椅慢慢前进，继续前推操纵杆时轮椅快速前进；后拉操纵杆时轮椅慢慢后退．蓄电池的电压U=24V（保持不变），R2为定值电阻．
（1）原理图中双刀双掷开关S中间的连接物（深色部分）为绝缘体（选填“导体”或“绝缘体”）；
（2）从原理图和以上描述可知，当开关接到2、3两个接线柱时，轮椅前进．若轮椅以3m/s的速度匀速前进了8s，此过程中轮椅受到的平均阻力为5N，电池的输出功率为25W，求此过程中轮椅工作的效率；
（3）当轮椅后退时电动机的功率是7W，此时电流表示数为0.5A，求R2的阻值．

分析 （1）为避免电源短路来判断双刀双掷开关S中间的连接物（深色部分）性质；
（2）由题意可知，当轮椅前进时可以加速，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，故由电路的特点可知应将开关接到哪一接线柱上；
根据s=vt求出通过的距离，根据=Pt求在这个过程中输出的总能量：
根据二力平衡的条件，求出牵引力F，根据W有=Fs求做的有用功：
根据η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$×100%求此过程中轮椅工作的效率；
（2）判断当轮椅后退时电路图的连接，根据P=UI，求出此时电动机的电压U机，
根据串联电路电压的规律，求出电阻R2两端的电压，由欧姆定律求电阻R2．

解答 解：
（1）原理图中双刀双掷开关S中间的连接物（深色部分）为绝缘体，否则会造成电源短路；
（2）由题意可知，当轮椅前进时，可以通过控制电流的大小而控制速度的大小，故应在电路中接有滑动变阻器；由图可知，只有开关接在2、3时才能将滑动变阻器R1和电动机接入电路，故只能将开关接到2、3两个接线柱来控制轮椅前进；
若轮椅以3m/s的速度匀速前进了8s，轮椅通过的距离s=vt=3m/s×8s=24m，
根据二力平衡条件可得，轮椅受到的牵引力：F=f=5N，
牵引力做的有用功：W有=Fs=5N×24m=120J；
电池的输出功率为25W，在这个过程中输出的总能量：W总=Pt=25W×8s=200J；
此过程中轮椅工作的效率：η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}$=$\frac{120J}{200J}$×100%=60%；
（3）当开关接1、2时，R2与电动机串联，变阻器没有连入电路中，电路中电流恒定，
当轮椅后退时电动机的功率是7W，根据P=UI可得，此时电动机两端的电压：
U机=$\frac{P}{I}=\frac{7W}{0.5A}$=14V，
根据串联电路电压的规律可得，电阻R2两端的电压为：
U2=U-U机=24V-14V=10V，
由I=$\frac{U}{R}$可得R2的阻值：
R2=$\frac{{U}_{2}}{I}=\frac{10V}{0.5A}$=20Ω．
故答案为：（1）绝缘体；
（2）2、3；此过程中轮椅工作的效率为60%；
（3）R2=20Ω．

点评 本题考查了电路图的分析、欧姆定律、电功率公式、功率公式的灵活应用以及串联电路特点的应用等，涉及的知识点较多，综合性强；关键是找出题目中隐含的信息和灵活的应用相关知识进行求解．

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