【題目】如圖甲所示為一款能自動(dòng)清掃地面的掃地機(jī)器人.機(jī)器人通過電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生高速氣流,將灰塵、雜物吸入集塵盒;其防滑輪皮采用凸凹材質(zhì)制成;底部安裝有塑料刷,用于清掃吸附在地板上的灰塵及輕小物體;前端裝有感應(yīng)器,通過發(fā)射、接收超聲波或紅外線來偵測障礙物.當(dāng)剩余電量減為電池容量的20%時(shí),機(jī)器人會(huì)主動(dòng)尋找充電器充電.表一為某掃地機(jī)器人的部分參數(shù).電池容量指放電電流與放電總時(shí)間的乘積.

表一:

機(jī)器人中吸塵電機(jī)的吸入功率是衡量其優(yōu)劣的重要參數(shù),測得某吸塵電機(jī)的吸入功率與真空度、風(fēng)量間的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表二.真空度指主機(jī)內(nèi)部氣壓與外界的氣壓差.風(fēng)量指單位時(shí)間內(nèi)通過吸塵電機(jī)排出的空氣體積.吸塵電機(jī)吸入功率與輸入功率的比值叫做效率.

表二:

(1)機(jī)器人工作時(shí),主機(jī)內(nèi)部的氣壓________(選填“大于”、“小于”或“等于”)大氣壓而產(chǎn)生吸力.若該機(jī)器人向障礙物垂直發(fā)射超聲波,經(jīng)過0.001s收到回波,則其發(fā)射超聲波時(shí)與障礙物間的距離為________ cm.(設(shè)超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s)

(2)該機(jī)器人充滿電后至下一次自動(dòng)充電前,能夠連續(xù)正常工作的最長時(shí)間為__min.

(3)由表二數(shù)據(jù)可知,當(dāng)風(fēng)量為0.015m3/s時(shí),吸塵電機(jī)吸入功率為________ W,若吸塵電機(jī)的輸入功率為25W,此時(shí)其效率為________ %.

(4)光敏電阻是制作灰塵傳感器的常用元件.圖乙為某機(jī)器人中吸塵電機(jī)內(nèi)部的光敏電阻的控制電路,兩端總電壓U0恒定(U0<12V),RG為光敏電阻,其阻值隨空氣透光程度的變化而變化,R0為定值電阻.當(dāng)光敏電阻分別為6Ω和18Ω時(shí),電壓表的示數(shù)分別為4.5V2.25V,則R0=_______Ω.

(5)若機(jī)器人1秒鐘消耗的電能中有40%用于克服摩擦力做功.已知集塵盒空置時(shí),機(jī)器人勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的摩擦阻力為16N,查閱資料顯示摩擦力與壓力成正比,則達(dá)到最大集塵量時(shí)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的速度為多少_______?(寫出必要計(jì)算步驟

【答案】 小于 17 48 8.25 33% 6 0.6

【解析】(1)由流體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系:流速越大的位置壓強(qiáng)越小可知,機(jī)器人在工作時(shí),由于轉(zhuǎn)動(dòng)的扇葉處氣體的流速大,壓強(qiáng)小,在外界大氣壓的作用下將灰塵、雜物吸入集塵盒,故主機(jī)內(nèi)部的氣壓小于大氣壓而產(chǎn)生吸力。由v=s/t得,超聲波從發(fā)射到收到回波所通過的總路程:s=vt=340m/s×0.001s=0.34m,

則其發(fā)射超聲波時(shí)與障礙物間的距離:s=s/2=0.34m/2=0.17m=17cm;

(2)由P=IU得,機(jī)器人正常工作時(shí)的電流:I=P/U=30W/12V=2.5A;

機(jī)器人充電過程是將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)存起來;充滿電后的電池容量Q1=2500mAh,下一次自動(dòng)充電前的電池容量Q2Q1=20%2500mAh=500mAh,

消耗的電池容量Q=Q1-Q2=2500mAh-500mAh=2000mAh,正常工作時(shí)的電流I=2.5A=2500mA,由I=Q/t得,連續(xù)正常工作的最長時(shí)間:t=Q/I=2000mAh/2500mA=0.8h=48min;

(3)由表格中數(shù)據(jù)可知,吸入功率等于真空度與風(fēng)量的乘積,當(dāng)風(fēng)量為0.015m3/s時(shí),吸塵電機(jī)吸入功率:P吸入=550Pa×0.015m3/s=8.25W;

此時(shí)其效率:η電機(jī)P吸入/P輸入×100%=8.25W/25W×100%=33%;

(4)由電路圖可知,光敏電阻RG和定值電阻R0串聯(lián),電壓表測定值電阻R0兩端的電壓,當(dāng)光敏電阻RG1 =6Ω時(shí),電壓表的示數(shù)U1 =4.5V,光敏電阻兩端的電壓U=U0-U1,此時(shí)電路中的電流:I1 =U1/R0=U0U1/RG1,即4.5V/R0=U04.5V/6Ω…

當(dāng)光敏電阻RG2=18Ω時(shí),電壓表的示數(shù)U2=2.25V,光敏電阻兩端的電壓U′=U0-U2,此時(shí)電路中的電流:I2=U2/R0=U0U2/RG2,即2.25V/R0=U02.25V/18Ω…

聯(lián)立①②可解得:U0=9V,R0=6Ω,

(5)吸塵器壓力等于其重力,由題可知,摩擦力與壓力成正比,則集塵盒空置和達(dá)到最大最大集塵量時(shí)的摩擦力之比:f1/f2=kG1/kG2=G1/G2=m1/m2,

即:16N/f2=4kg/4kg+1kg,所以,達(dá)到最大最大集塵量時(shí)的摩擦力:f2=20N;

因?yàn)橄牡碾娔苤杏?/span>40%用于克服摩擦力做功,所以P機(jī)械=40%P=0.4×30W=12W,機(jī)器人做勻速運(yùn)動(dòng),由P機(jī)械=W/t=Fs/t=Fv=f2v可得,機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的速度:v=P機(jī)械/f2=12W/20N=0.6m/s。

練習(xí)冊(cè)系列答案
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次數(shù)

入射角

反射角

1

20°

70°

2

40°

50°

3

60°

30°


(1)本實(shí)驗(yàn)中需用到的測量器材是:;硬紙板在本實(shí)驗(yàn)中的作用是
(2)小宇想探究反射光線、入射光線和法線是否在同一平面內(nèi),應(yīng)將紙板(選填“A”或“B”)
繞ON向前彎折或向后折.
(3)改變?nèi)肷浣谴笮∽鋈螌?shí)驗(yàn)后將測得的數(shù)據(jù)記錄在上表格中,小宇根據(jù)數(shù)據(jù)得出結(jié)論:發(fā)生光
反射時(shí),反射角不等于入射角.你認(rèn)為小宇存在的問題是
(4)另一同學(xué)也把一束光貼著紙板A射到O點(diǎn)(如圖乙所示),但紙板并未與平面鏡垂直,他(選填“能”或“不能”)在紙板B上看到反射光線,此時(shí)反射光線與入射光線(選填“是”或“不是”)在同一平面內(nèi).

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