Question

18．阅读短文，回答问题：
观光电梯电梯是一种用于多层建筑乘人或载物的运输工具．电梯的简易结构如图甲所示．电梯轿厢和配重分别挂在主电动机的两侧，在电梯半载时，轿厢总重和配重的重力基本相等．满载上升时，主电动机提供动力，驱动轿厢．
如图乙所示，为某商业大厦安装的观光电梯，其相关参数如上表．为了安全，电梯设置了超载自动报警系统，其工作原理如图丙所示．控制电路的电源电压U为12V，压力传感器的电阻R与所受压力F的关系图象如图丁所示，电磁继电器阻值可忽略．当电流大于0.2A时，会启动警报系统，同时无论如何按压电梯控制器，门电动机均不工作．此外，电梯需经常保养，“运行频次比ω”是电梯养护的重要指标，ω一般用电梯每天平均待机时间与运行时间之比来表示．

（1）为便于观光，电梯的外壁采用玻璃材料，主要是因为玻璃有较好的透光性．该观光电梯配重的重力约为7000N．（g=10N/kg）
（2）下列有关该电梯的说法中，正确的是C．
A．主电机与钢丝绳之间的摩擦为有害摩擦
B．超载自动报警系统中电磁铁的右端为S极
C．电梯满载上行时，电动机需顺时针转动
D．报警电铃的工作原理是电磁感应
（3）乙图中，当站在上升的B电梯里的乘客看到A电梯在上升，则可推知A电梯在上升，且速度大于（选填“大于”、“小于”或“等于”）B电梯的速度．
（4）①根据题意，补全超载自动报警系统中的受控电路．（要求导线不相交）②控制电路中R₀=20Ω．若使用一段时间，电梯未满载就报警，则说明R₀的阻值变小（选填“大”或“小”）．
（5）该商业大厦每天营业时间为12h，设电梯均在额定功率下运行．经测算，该观光电梯平均每天耗电72kW•h，则该观光电梯的“运行频次比”ω=3.8．

额定电压/V	220
额定运行功率/kW	25
待机功率/kW	1
最大载重/N	4000
轿厢质量/kg	500

Answer 1

分析 （1）从观光电梯，乘客在随电梯竖直上升的过程中，可透过玻璃欣赏到楼外美丽的城市景色这一角度分析；
先根据Gmg求出轿厢的重力，又知道半载的重力，根据电梯半载时，轿厢总重和配重的重力基本相等求出该观光电梯配重的重力；
（2）①对人们有益的摩擦是有益摩擦，对人们有害摩擦是有害摩擦．
②知道电流的方向，根据安培定则判断出电磁铁的N、S极；
③根据电梯的运动方向可判断电动机的转动方向；
④电磁继电器实质是一种电路开关，它由控制电路和工作电路组成，可以实现远程控制和自动控制．其主要部件是一个电磁铁，利用了电流的磁效应．
（3）以上升的B电梯为参照物可判断A电梯的运动情况以及速度与B电梯的速度大小关系；
（4）①由题意可知超载时电铃响，由丁图可知，压力越大时，压力传感器的电阻值越小，此时线圈中的电流增大，电磁铁的磁性增强，衔铁被吸引，据此进行判断；
②当电梯刚好满载时可知，压力传感器所受压力F=G_最大，根据图象可知压力传感器的电阻，再欧姆定律和串联电路电阻特点求出R₀的阻值；
当电梯未满载时，根据图象可判断压力传感器的电阻变化，由于电路总电阻不变，可得出R₀的阻值变化；
（5）知道额定运行功率、待机功率、平均每天耗电及营业时间，根据W=W_运行+W_待机=P_额t_运行+P_待机t_待机求出电梯每天平均待机时间和运行时间，
再根据“运行频次比ω”的定义式ω=$\frac{{t}_{待机}}{{t}_{运行}}$即可得出答案．

解答 解：（1）乘客在随电梯竖直上升的过程中，可透过玻璃欣赏到楼外美丽的城市景色，
所以为便于观光，电梯的外壁采用玻璃材料，主要是因为玻璃有较好的透光性．
轿厢的重力：G_轿厢=mg=500kg×10N/kg=5000N，
电梯半载时：G_半载=$\frac{1}{2}$G_最大=$\frac{1}{2}$×4000N=2000N，
由题意知，配重的重力：
G_配=G_轿厢+G_半载=5000N+2000N=7000N，
（2）A、主电机与钢丝绳之间的摩擦使钢丝绳上升，该摩擦属于有益摩擦，故A错误；
B、超载自动报警系统报警时，电流从电磁铁的右端导线流入，利用安培定则判断出电磁铁的右端为N极，左端为S极，故B错误；
C、电梯满载上行时，钢丝绳对轿厢由向上的拉力，所以电动机需顺时针转动对其产生向上的摩擦力，故C正确；
D、报警电铃的工作原理是电的磁效应，故D错误．
故选：C．
（3）当站在上升的B电梯里的乘客看到A电梯在上升，此时B电梯里的乘客以自己的电梯为参照物，
可推知A电梯在 上升，且速度大于B电梯的速度．
（4）①由题意可知，当电梯超载时，压力增大，控制电路电阻减小，电磁铁的磁性增强，将衔铁吸向左侧，
动触点与左侧触电接触，电铃所在的电路接通，电铃工作，发出报警声；
当电梯未超载时，压力较小，控制电路电阻较大，电磁铁的磁性较弱，在弹簧的作用下，
动触点与右侧触电接触，电动机所在的电路接通，电动机工作，电梯正常运行；电路如图所示：

②当电梯刚好满载时，即压力传感器所受压力F=G_最大=4000N．
由图象可知，压力传感器的电阻R=40Ω，
由欧姆定律得，电路总电阻：
R_总=$\frac{U}{I}$=$\frac{12V}{0.2A}$=60Ω，
根据串联电路电阻特点可知，R₀的阻值：
R₀=R_总-R=60Ω-40Ω=20Ω，
当电梯未满载时，压力传感器所受压力变小，由图象可知，压力传感器的电阻变大，
由于电梯报警时的电流和电源电压不变，根据R_总=$\frac{U}{I}$可知，电路总电阻不变，则说明R₀的阻值变小．
（5）由P=$\frac{W}{t}$得，电梯运行消耗的电能：
W_运行=P_额t_运行=25kW×t_运行，
电梯待机消耗的电能：
W_待机=P_待机t_待机=1kW×t_待机，
则电梯平均每天消耗的电能：
W=W_运行+W_待机，即：25kW×t_运行+1kW×t_待机=72kW•h---①
t_运行+t_待机=12h---②
联立①②可解得：t_运行=2.5h，t_待机=9.5h；
则该观光电梯的“运行频次比”：
ω=$\frac{{t}_{待机}}{{t}_{运行}}$=$\frac{9.5h}{2.5h}$=3.8．
故答案为：（1）透光；7000；（2）C；（3）上升；大于；（4）①见上图；②20；小；（5）3.8．

点评 本题以观光电梯为背景，涉及到的材料、力与运动、电学等知识点，综合性强，关键能从材料中提取有用的信息，熟练运学过的知识来解决实际问题，有一定的难度．