Question

17．閱讀短文，回答問題：
智能掃地機(jī)器人
智能掃地機(jī)器人是一款能自動清掃的家用電器，如圖甲所示．機(jī)器人通過電動機(jī)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生高速氣流，將灰塵、雜物吸入集塵盒；其防滑輪上印有凸凹不平的花紋；底部安裝有塑料刷，用于清掃吸附在地板或地毯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，機(jī)器人會主動尋找充電器充電．表一為某掃地機(jī)器人的部分參數(shù)．

表一：

額定工作電壓	12V	額定工作電流	2.5A
電池容量	2000mAh	行進(jìn)速度	0.3m/s

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：

真空度/Pa	400	450	500	550	600
風(fēng)量/（m3/s）	0.025	0.02	0.017	0.015	0.013
吸入功率/W	10.00	9.00	8.50	8.25	7.80

（1）下列說法中錯誤的是B．
A．機(jī)器人通過電動機(jī)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生高速氣流，以此來減小主機(jī)內(nèi)部的氣壓而產(chǎn)生吸力．
B．在地毯纖維內(nèi)摻雜金屬絲，會增加機(jī)器人對灰塵及輕小物體的清掃難度
C．防滑輪上印有凸凹不平的花紋，是為了增大機(jī)器人與地面間的摩擦
D．當(dāng)遇到黑色真皮沙發(fā)等深色障礙物時，使用超聲波感應(yīng)器效果較好
（2）若該機(jī)器人向障礙物垂直發(fā)射超聲波，經(jīng)過0.02s收到回波，則其發(fā)射超聲波時與障礙物間的距離約為3.4m（此空答案保留一位小數(shù)）；在這段時間內(nèi)機(jī)器人向前行進(jìn)的距離為0.006m．
（3）電池容量“2000mAh”是指當(dāng)工作電流為2000mA，能持續(xù)供電1h．該機(jī)器人充滿電后至下一次自動充電前能夠連續(xù)正常工作的最長時間為0.64h．假設(shè)返回充電過程中受到的阻力為36N，剩余電池容量支持正常工作所能做的電功的20%用于克服阻力做功，為確保機(jī)器人能順利返回充電，需要充電時離充電座最遠(yuǎn)為96 m．
（4）由表二數(shù)據(jù)可知，當(dāng)風(fēng)量為0.015m³/s時，若吸塵電機(jī)的輸入功率為25W，此時其效率為33%；上述風(fēng)量下，5min內(nèi)通過吸塵電機(jī)提出的空氣質(zhì)量為5.85kg．（ρ_空氣=1.3kg/m³）
（5）光敏電阻是制作灰塵傳感器的常用元件，圖乙為光敏電阻的控制電路，電源電壓U恒定，空氣中的灰塵濃度會影響空氣透光程度，R_G為光敏電阻，其阻值隨光照射的強(qiáng)弱而改變．“光強(qiáng)”表示光的強(qiáng)弱程度的物理量，照射光越強(qiáng)，光強(qiáng)越大，光強(qiáng)符號用E表示，國際單位為坎德拉（cd）．實驗測得光敏電阻的阻值R_G與光強(qiáng)E間的關(guān)系如圖丙所示，R₀為定值電阻．當(dāng)光照強(qiáng)度為4.5cd時，電流表的讀數(shù)為0.5A；當(dāng)光照強(qiáng)度為1.5cd時，電流表的讀數(shù)為0.3A，則R₀=8Ω．為監(jiān)測空氣的透光程度，現(xiàn)將電流表表盤的電流I刻度值轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的總阻值（R₀+R_G ），則轉(zhuǎn)化后表盤上從左到右相鄰兩刻度線對應(yīng)總阻值的差值將逐漸減小，原因是電流表的示數(shù)I與總阻值（R₀+R_G）成反比．

Answer 1

分析 （1）①流速越大的位置壓強(qiáng)越小；
②靜電現(xiàn)象，帶電體具有吸引輕小物體的性質(zhì)；
③增大摩擦的方法：增大壓力和增大接觸面的粗糙程度；
④黑色物質(zhì)和深色物質(zhì)對光的吸收能力強(qiáng)；
（2）根據(jù)速度公式求解與障礙物之間的距離以及機(jī)器人行進(jìn)的距離；
（3）知道額定電壓和額定功率，根據(jù)I=$\frac{P}{U}$求出機(jī)器人正常工作時的電流；
先算出消耗的電池容量Q=Q₁-Q₂，再利用t=$\frac{Q}{I}$求出連續(xù)正常工作的最長時間；
由題機(jī)器人返回消耗電能W_返=20%W_剩，返回克服阻力做功W=Fs=fs，由此計算需要充電時離充電座最遠(yuǎn)距離；
（4）由表格中數(shù)據(jù)可知，吸入功率與真空度和風(fēng)量的關(guān)系，求出吸塵電機(jī)吸入功率，再根據(jù)η_電機(jī)=$\frac{{P}_{吸入}}{{P}_{輸出}}$×100%求出吸塵電機(jī)的效率；
根據(jù)風(fēng)量和時間求出空氣的體積，再利用m=ρ空氣V通過吸塵電機(jī)提出的空氣質(zhì)量；
（5）根據(jù)串聯(lián)電路電流相等的特點，利用歐姆定律I=$\frac{U}{R}$列出光敏電阻在不同阻值的電流方程，聯(lián)立即可解得定值電阻的阻值；
利用歐姆定律I=$\frac{U}{R}$找出電壓表示數(shù)與對應(yīng)的總阻值（R₀+R_G）的關(guān)系，即可判斷表盤上從左到右相鄰兩刻度線對應(yīng)阻值的減小量．

解答 解：（1）A．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，由于轉(zhuǎn)動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，故A正確；
B、地面有靜電時，由于帶電體具有吸引輕小物體的性質(zhì)，在地毯纖維內(nèi)摻雜金屬絲，會減小機(jī)器人對灰塵及輕小物體的清掃難度，故B錯誤；
C．采用凸凹材質(zhì)的輪皮，是為了在壓力一定時，增大接觸面的粗糙程度來增大機(jī)器人與地面間的摩擦，故C正確；
D．當(dāng)遇到黑色真皮沙發(fā)等深色障礙物時，由于黑色物體吸收所有色光，若使用紅外線，于是就無法做出減速的工作了，所以不能使用紅外線感應(yīng)器，使用超聲波感應(yīng)器較好，故D正確．
故選：B．
（2）由v=$\frac{s}{t}$得，超聲波從發(fā)射到收到回波所通過的總路程：s_總=vt=340m/s×0.02s=6.8m，
則其發(fā)射超聲波時與障礙物間的距離：s=$\frac{{s}_{總}}{2}$=$\frac{6.8m}{2}$=3.4m；
這段時間機(jī)器人向前前進(jìn)的距離為：s′=v′t=0.3m/s×0.02s=0.006m；
（3）機(jī)器人正常工作時的電流I=2.5A．
充滿電后的電池容量Q₁=2000mAh，下一次自動充電前的電池容量Q₂=ηQ₁=20%×2000mAh=400mAh，
消耗的電池容量Q=Q₁-Q₂=2000mAh-400mAh=1600mAh，
正常工作時的電流I=2.5A=2500mA，
由I=$\frac{Q}{t}$得，連續(xù)正常工作的最長時間t=$\frac{Q}{I}$=$\frac{1600mAh}{2500mA}$=0.64h．
電池充滿電后儲存的動能為W=UIt=12V×2A×3600s=86400J；
克服摩擦力做到功為：W_返=20%W_剩=20%×20%×86400J=3456J，
因為W=Fs=fs，所以為確保機(jī)器人能順利返回充電，需要充電時離充電座最遠(yuǎn)為：
s=$\frac{{W}_{返}}{f}$=$\frac{3456J}{36N}$=96m．
（4）由表格中數(shù)據(jù)可知，當(dāng)風(fēng)量為0.015m³/s時，吸塵電機(jī)吸入功率P_吸入=8.25W，
η_電機(jī)=$\frac{{P}_{吸入}}{{P}_{輸出}}$×100%=$\frac{8.25W}{25W}$×100%=33%．
當(dāng)風(fēng)量為0.015m³/s時，t=5min=300s，
通過吸塵電機(jī)提出的空氣體積V=0.015m³/s×300s=4.5m³，
由ρ=$\frac{m}{V}$得，通過吸塵電機(jī)提出的空氣質(zhì)量m=ρ空氣V=1.3kg/m³×4.5m³=5.85kg．
（5）由電路圖可知，光敏電阻R_G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)光照強(qiáng)度為4.5cd時，光敏電阻R_G1=4Ω，電壓表的示數(shù)U₁=0.5A×4Ω=2V，
則定值電阻兩端的電壓U=U₀-U₁，
此時電路中的電流I₁=$\frac{{U}_{0}-{U}_{1}}{{R}_{0}}$，即 0.5A=$\frac{{U}_{0}-2V}{{R}_{0}}$…①
當(dāng)光照強(qiáng)度為1.5cd時，光敏電阻R_G2=12Ω時，電壓表的示數(shù)U₁=0.3A×12Ω=3.6V，
光敏電阻兩端的電壓U′=U₀-U₂，
此時電路中的電流I₂=$\frac{{U}_{0}-{U}_{2}}{{R}_{0}}$，即 0.3A=$\frac{{U}_{0}-3.6V}{{R}_{0}}$…②
聯(lián)立①②可解得：U₀=6V，R₀=8Ω．
設(shè)電壓表示數(shù)為U，此時電路中的電流I=$\frac{U}{{R}_{0}}$=$\frac{{U}_{0}}{{R}_{0}+{R}_{G}}$，
即U=$\frac{{U}_{0}{R}_{0}}{{R}_{0}+{R}_{G}}$，電源電壓U₀恒定，R₀為定值電阻，
由此可見，電流表的示數(shù)I與總阻值（R₀+R_G）成反比，則轉(zhuǎn)化后表盤上從左到右相鄰兩刻度線對應(yīng)阻值的減小量將減�。�
故答案為：（1）B；（2）3.4；0.006；（3）0.64；96；（4）33%；5.85；（5）8；電流表的示數(shù)I與總阻值（R₀+R_G）成反比．

點評 本題涉及到力學(xué)、聲學(xué)、光學(xué)、電學(xué)等物理知識較多，跨度大，綜合性很強(qiáng)，有一定的難度，需要仔細(xì)分析判斷．學(xué)生要熟練掌握電功率公式、電流的定義式、歐姆定律、效率公式的綜合應(yīng)用，理解電池容量的含義和效率公式的應(yīng)用是關(guān)鍵．