Question

12．電動輪椅為殘障人士出行提供了方便．某型號的電動輪椅質量為20kg，輪子與地面的總接觸面積為20cm²．其工作原理如圖所示，操縱桿可以同時控制S₁和S₂兩個開關．向前推操縱桿時輪椅前進且能調速，向后拉操縱桿時輪椅以恒定速度后退．已知蓄電池電壓為24V，定值電阻R₂=20Ω，R₁為滑動變阻器．
（1）分別將S₁和S₂同時接觸對應點1（選填“1”或“2”）時．輪椅前進；當輪椅后退時，電流表示數小于（選填“大于”、“小于”或“等于”）1.2A．
（2）求輪椅靜止在水平地面上時對地面的壓強．
（3）體重600N的人坐在輪椅上向后拉操縱桿，勻速后退過程中輪椅受到的阻力是總重的0.01倍，求后退5m阻力做功的大�。�

Answer 1

分析 該題為一道歐姆定律、電動機使用、固體壓強以及功的綜合運算題．要解決這道題首先要看明白電路圖，并且還要理解電動機的轉動方向與電流方向有關；當輪椅后退時，R₂與電動機串聯，所以電流小于1.2A；求輪椅靜止在水平地面時的壓強，先求出壓力，此時壓力等于重力，利用壓強定義式即可；求出阻力以后，直接利用求功的公式求出所做的功．

解答 解：
（1）因為輪椅向前運動時能調速，說明可以改變通過電動機的電流，所以電動機與滑動變阻器串聯，故前進時將S₁和S₂同時接觸對應點1．
若只有R₂工作時，電路中的電流：I=$\frac{U}{{R}_{2}}$=$\frac{24V}{20Ω}$=1.2A，
當輪椅后退時，R₂與電動機串聯，R₂兩端的電壓變小，所以當輪椅后退時，電路中的電流小于1.2A，即電流表示數小于1.2A．
（2）輪椅的重力：G=mg=20kg×10N/kg=200N，
水平地面受到的壓力：F=G=200N，
輪椅靜止在水平地面上時對地面的壓強：
p=$\frac{F}{S}$=$\frac{200N}{20×1{0}^{-4}{m}^{2}}$=1×10⁵Pa
（3）阻力所做的功：W=fs=0.01G_總×s=0.01×（200N+600N）×5m=40J  
答：
（1）分別將S₁和S₂同時接觸對應點1時，輪椅前進；當輪椅后退時，電流表示數小于1.2A．
（2）輪椅靜止在水平地面上時對地面的壓強是1×10⁵Pa；
（3）體重600N的人坐在輪椅上向后拉操縱桿，勻速后退過程中輪椅受到的阻力是總重的0.01倍，后退5m阻力做功的大小為40J．

點評 這道題是一道集電學力學電磁學于一體的綜合題目，要求熟練掌握有關基本知識，基本公式概念，歐姆定律的應用．求電流時，電源電壓除以R₂和電動機電阻之和，所以電流小于1.2A．