Question

（15分）小明自己設計并動手將房間里的窗簾改成電動窗簾。為此他購置了微型電動機及減速裝置、電源、雙刀雙擲開關、滑輪、皮帶、拉繩等器材，對原有的窗簾盒進行改造。
1．如圖22甲所示，小明在窗簾盒（上方的雙虛線框）內安裝了電動裝置，電動裝置通過拉繩拉著窗簾一起運動。改變通過微型電動機的電流方向，就可改變其轉軸轉動的方向，從而將窗簾打開或關閉。利用雙刀雙擲開關，可以實現電源對電動機供電電流方向的改變。請你在圖22甲右側的虛線框內，完成電源、雙刀雙擲開關和接線柱間的電路連接。
2．電動機的轉速一般很高，需要安裝減速裝置，如圖22乙所示。請說明減速裝置的減速原理。
3．下表是所使用的微型電動機的部分數據。表格中，額定功率是“電動機在額定電壓和額定電流下工作時的輸出功率”，堵轉電流是“在額定電壓下，讓電動機的轉軸固定不動時的電流”。

請根據表中的有關數據計算：
（1）以額定功率運行時，該電動機的效率為多少？
（2）電動機的額外功率主要由熱損耗和機械損耗造成，請分別求出以額定功率運行時，該電動機的熱損耗功率和機械損耗功率？
（3）在圖22甲中，減速裝置、飛輪、皮帶、滑輪、拉繩共同構成了傳動裝置。已知每半邊的窗簾滑軌長度為1.5m，要求自動窗簾能夠在6s內從完全關閉到完全打開。
拉動半邊窗簾時，掛鉤和滑軌間的平均摩擦力為2N。則安裝電動窗簾時，對傳動裝置的機械效率有何要求？

Answer 1

1、電路的連接如下圖解析所示；2、見解析；3、（1） 52.7%；（2） 0.91W；（3） 大于46.5%。

試題分析：1、欲使雙刀雙擲開關擲向下功擲向上時，通過電動機的電流方向相反，則只需把雙刀雙擲的兩個動片接在電源兩端，當接下時，通過電動中的電流一個方向，再接上端時，通過電動機中的電流又一個方向，故連接的電路如圖所示。

或者是把電源與下端的兩個接線柱接通，雙刀雙擲開關的動片與電動機接通，開關的上、下四個靜片分別交叉連接也可以實現題意的目的）
2、與輸入軸固定在一起的齒輪周長小，齒輪數少，與輸出軸固定在一起的齒輪周長大，齒輪數多。因此，輸入軸轉動很多圈才能帶動輸出軸轉動一圈，實現減速的功能。
3、（1）由于電動機正常運行時的總功率P_總=U_額×I_額=12V×0.34A=4.08W，
電動機的額定輸出功率P_出=2.15W，
故電動機以額定功率運行時的效率η=×100%=52.7%。
（2）電動機正常運行時的電阻R==8.82Ω，
故電動機的熱損耗功率為P_熱=I_額²×R=（0.34A）²×8.82Ω=1.02W，
電動機的額外功率P_額=P_總－P_出=4.08W－2.15W=1.93W，
故電動機的機械損耗功率P_損=P_額－P_熱=1.93W－1.02W=0.91W。
（3）對于傳動裝置，其輸入的功率為P_入=2.15W，窗簾拉開時克服阻力做的功為W_有=2×F×s=2×2N×1.5m=6J；故傳動裝置的機械效率=46.5%。
故要求其傳動裝置的機械效率大于46.5%。