Question

4．電梯為居民出入帶來(lái)很大的便利，小明家住6樓，每層樓高3m，放學(xué)后，乘電梯回家：
（1）小明的體重為500N，電梯在20s內(nèi)將小明送到家，在此過(guò)程中，電梯上升的平均速度是多少？電梯對(duì)小明做功的功率為多少？
（2）小明查閱資料，了解到出于安全考慮，電梯都設(shè)置超載自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，其工作原理如圖甲所示，電路由工作電路和控制電路組成：在工作電路中，當(dāng)電梯沒(méi)有超載時(shí)，觸點(diǎn)K與觸點(diǎn)A   接觸，閉合開(kāi)關(guān)S，電動(dòng)機(jī)正常工作；當(dāng)電梯超載時(shí)，觸點(diǎn)K與觸點(diǎn)B接觸，電鈴發(fā)出報(bào)警鈴聲，閉合開(kāi)關(guān)S，電動(dòng)機(jī)不工作．在控制電路中，已知電源電壓U=6V，保護(hù)電阻R₁=100Ω，電阻式壓力傳感器（壓敏電阻）R₂的阻值隨壓力F大小變化如圖乙所示，電梯底架自重和電磁鐵線(xiàn)圈的阻值都忽略不計(jì)．
①在圖中的控制電路中，電磁鐵上端為其磁場(chǎng)的N極，當(dāng)壓敏電阻R₂受到的壓力F增大時(shí)，電磁鐵的磁性增強(qiáng)（填“增強(qiáng)”、“減弱”或“不變”）．
②若電磁鐵線(xiàn)圈電流達(dá)到20mA時(shí)，銜鐵剛好被吸住，電鈴發(fā)出警報(bào)聲．當(dāng)該電梯廂內(nèi)站立總質(zhì)量為1000kg的乘客時(shí)，試通過(guò)計(jì)算說(shuō)明電梯是否超載？（g取10N/kg）

Answer 1

分析 （1）首先計(jì)算出樓層的高度，根據(jù)速度公式v=$\frac{s}{t}$計(jì)算出電梯的速度；根據(jù)W=Gh計(jì)算出電梯對(duì)小明所做的功；根據(jù)P=$\frac{W}{t}$計(jì)算出功率；
（2）①根據(jù)右手安培定則判斷出電磁鐵上端的極性；在控制電路中，當(dāng)壓敏電阻R₂受到的壓力F增大時(shí)，其阻值減小，根據(jù)歐姆定律可知電路中電流的變化，再根據(jù)電磁鐵中電流增大時(shí)磁性增強(qiáng)判斷此時(shí)電磁鐵的磁性的變化；
②根據(jù)G=mg求出乘客的重力，也就是對(duì)電梯的壓力，找出圖象中壓力對(duì)應(yīng)的R₂電阻值，根據(jù)歐姆定律的知識(shí)計(jì)算出此時(shí)電路中的電流，將這個(gè)電流和20mA比較得出結(jié)論．

解答 解：（1）小明家的樓層高度：h=（6-1）×3m=15m，
電梯的速度：v=$\frac{s}{t}$=$\frac{15m}{20s}$=0.75m/s；
電梯對(duì)小明做的功：W=Gh=500N×15m=7500J
功率為：P=$\frac{W}{t}$=$\frac{7500J}{20s}$=375W；
（2）①觀察電路可知，電磁鐵中電流的方向從下向上，用右手握住螺線(xiàn)管，讓電流方向與彎曲的四肢方向保持一致，大拇指所指的一端為電磁鐵的N級(jí)，所以電磁鐵上端為N極（或北極）；
在控制電路中，當(dāng)壓敏電阻R₂受到的壓力F增大時(shí)，其阻值減小，電路中的總電阻減小，根據(jù)歐姆定律可知，電路中的電流變大，電流增大時(shí)電磁鐵的磁性增強(qiáng)；
②電梯廂內(nèi)站立總質(zhì)量為1000kg的乘客時(shí)，電梯受到的壓力等于乘客的重力，即
F=G=mg=1000kg×10N/kg=10000N，
由圖乙，當(dāng)壓力F=10000N，對(duì)應(yīng)的壓敏電阻阻值R₂=100Ω
因?yàn)榇��?lián)電路中總電阻等于各分電阻之和，
所以控制電路中的電流：
I=$\frac{U}{{R}_{1}+{R}_{2}}$=$\frac{6V}{100Ω+100Ω}$=0.03A=30mA，
因?yàn)?0mA＞20mA，
所以此時(shí)電梯超載．
答：（1）電梯上升的速度為0.75m/s，電梯對(duì)小明做了7500J的功，電梯對(duì)小明做功的功率為375W；
（2）N；增強(qiáng)；此時(shí)電梯超載．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了速度、功、功率的計(jì)算和串聯(lián)電路的特點(diǎn)、歐姆定律的靈活應(yīng)用，明白電梯超載自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的工作原理是電磁鐵和知道電磁鐵磁性的強(qiáng)弱與電流的關(guān)系是解決本題的關(guān)鍵．