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如图甲所示为一款能自动清扫地面的扫地机器人。机器人通过电动机旋转产生高速气流,将...

如图甲所示为一款能自动清扫地面的扫地机器人。机器人通过电动机旋转产生高速气流,将灰尘、杂物吸入集尘盒;其防滑轮皮采用凸凹材质制成;底部安装有塑料刷,用于清扫吸附在地板上的灰尘及轻小物体;前端装有感应器,通过发射、接收超声波或红外线来侦测障碍物。当剩余电量减为电池容量的20%时,机器人会主动寻找充电器充电。表一为某扫地机器人的部分参数。电池容量指放电电流与放电总时间的乘积。

额定工作电压

12V

额定功率

30W

电池容量

2500mAh

工作噪音

<50dB

净重

4kg

最大集尘量

1kg

 

表一:

机器人中吸尘电机的吸入功率是衡量其优劣的重要参数,测得某吸尘电机的吸入功率与真空度、风量间的对应关系如表二。真空度指主机内部气压与外界的气压差。风量指单位时间内通过吸尘电机排出的空气体积。吸尘电机吸入功率与输入功率的比值叫做效率。

表二:

真空度(Pa)

400

450

500

550

600

风量(m3/s)

0.025

0.02

0.017

0.015

0.013

吸入功率(W)

10

9

8.5

 

7.8

 

(1)机器人工作时,主机内部的气压_____(选填“大于”、“小于”或“等于”)大气压而产生吸力。若该机器人向障碍物垂直发射超声波,经过0.001s收到回波,则其发射超声波时与障碍物间的距离为_____ cm.(设超声波在空气中的传播速度为340m/s)

(2)该机器人正常工作时的电流为_____A;充满电后至下一次自动充电前能够连续正常工作的最长时间为_____min。

(3)由表二数据可知,当风量为0.015m3/s时,若吸尘电机的输入功率为25W,此时其效率为_____%;上述风量下,10min内通过吸尘电机排出的空气质量为_____kg.(取ρ空气=1.3kg/m3

(4)光敏电阻是制作灰尘传感器的常用元件。图乙为某机器人中吸尘电机内部的光敏电阻的控制电路,两端总电压U0恒定(U0<12V),RG为光敏电阻,其阻值随空气透光程度的变化而变化,R0为定值电阻。当光敏电阻分别为6Ω和18Ω时,电压表的示数分别为4.5V和2.25V,则R0_____Ω。

(5)若机器人1秒钟消耗的电能中有40%用于克服摩擦力做功。已知集尘盒空置时,机器人匀速运动时受到的摩擦阻力为16N,查阅资料显示摩擦力与压力成正比,则达到最大集尘量时机器人运动的速度为多少?(写出必要计算步骤)____

 

小于 17 2.5 48 33 11.7 6 达到最大集尘量时机器人运动的速度为0.6m/s。 【解析】 (1)由流体压强与流速的关系:流速越大的位置压强越小可知, 机器人在工作时,由于转动的扇叶处气体的流速大,压强小,在外界大气压的作用下将灰尘、杂物吸入集尘盒, 故主机内部的气压小于大气压而产生吸力; 由v=得, 超声波从发射到收到回波所通过的总路程: s总=vt=340m/s×0.001s=0.34m, 则其发射超声波时与障碍物间的距离: s===0.17m=17cm, (2)由P=UI得,机器人正常工作时的电流: I===2.5A, 充满电后的电池容量Q1=2500mAh,下一次自动充电前的电池容量: Q2=ηQ1=20%×2500mAh=500mAh, 消耗的电池容量: Q=Q1﹣Q2=2500mAh﹣500mAh=2000mAh, 正常工作时的电流: I=2.5A=2500mA, 由I=得,连续正常工作的最长时间: t===0.8h=48min; (3)由表格中数据可知,吸入功率等于真空度与风量的乘积, 当风量为0.015m3/s时,吸尘电机吸入功率: P吸入=550Pa×0.015m3/s=8.25W, 电动机的效率: η电机=×100%=×100%=33%, 当风量为0.015m3/s时,t=10min=600s, 通过吸尘电机提出的空气体积: V=0.015m3/s×600s=9m3, 由ρ=得,通过吸尘电机提出的空气质量: m=ρ空气V=1.3kg/m3×9m3=11.7kg; (4)由电路图可知,光敏电阻RG和定值电阻R0串联,电压表测定值电阻R0两端的电压, 当光敏电阻RG1=6Ω时,电压表的示数U1=4.5V,光敏电阻两端的电压U=U0﹣U1, 此时电路中的电流: I1==,即=…① 当光敏电阻RG2=18Ω时,电压表的示数U1=3V,光敏电阻两端的电压U′=U0﹣U2, 此时电路中的电流: I2==,即=…② 联立①②可解得:U0=9V,R0=6Ω, (5)吸尘器压力等于其重力。由题,摩擦力与压力成正比。 ==, 达到最大最大集尘量时的摩擦力f2为: =, 解得:f2=20N, 消耗的电能中有40%用于克服摩擦力做功。 所以40%P=Fv=f2v, 由P===Fv,可得,机器人运动的速度:v===0.6m/s.  
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考点分析:
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复习电学知识时,小明在实验室又做了“测量小灯泡电功率”和“探究电流与电压电阻关系”的实验。实验中,所用的电源电压为6V,小灯泡的额定电压为3.8V,滑动变阻器的规格为“30Ω1A”。

(1)在“测量小灯泡的电功率”的实验中,小明按图甲所示的电路图正确连接了电路。实物中少了一根导线。请用笔画线代替导线补上,将图乙中的实物电路连接完整(要求:闭合开关前,滑片要滑到C点)。

____

(2)闭合开关后,移动变阻器的滑片,当电压表的示数为3.8V时,电流表的示数如图丙所示,则小灯泡的额定功率为_____W。

(3)移动变阻器的滑片P,记下多组对应的电压表和电流表的示数,并绘制成如图丁所示的小灯泡的I﹣U图象。由图象可知:如果小灯泡两端的电压为1.9V,则小灯泡的实际功率_____0.38W(选填“大于”、“小于”或“等于”)。

(4)在做“探究电流与电阻关系”的实验时,小明所用的四个定值电阻的阻值分别5Ω、10Ω、15Ω、20Ω.他直接利用测量小灯泡电功率时所连的电路进行实验,他把电路中的小灯泡取下,电路的其他元件连接方式不动,把四个定值电阻分别接入电路中进行探究。如果要保证电路中各元件的安全,且用四个电阻都能顺利地完成实验,则定值电阻两端的电压应该在范围内选择_____

A.U≤3V      B.2.4V≤U≤3V      C.U≥3V     D.3V≤U≤6V

 

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小芳在一端封闭的均匀圆玻璃管中装入适量的小铅丸,制成一支密度计。密度计能在液体中竖直漂浮,如图所示,根据它在液体中浸入的深度可得知这种液体的密度。小芳的设计和制作过程如下:

a.根据阿基米德原理及物体漂浮条件,推导出密度计浸在纯水中的深度h的表达式。

b.根据h的表达式,测量这支密度计自身的某些物理量,算出密度计在纯水中的深度,在管上画上纯水的密度值线A。

请你根据上述的内容完成下列问题:

(1)设纯水密度为ρ,装了铅丸的玻璃管总质量为m,玻璃管底面直径为d。请用本题的物理量符号表示步骤a中的表达式h=_____,根据表达式发现这种密度计的刻度是_____(选填“均匀”或“不均匀”)。

(2)若把密度计放在密度为0.8×103kg/m3的酒精中,液面的位置在A刻度线的_____(选填“上方”或“下方”)理由是_____

(3)为了提高该密度计的精确程度,请你写出一条改进措施:_____

 

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小华探究凸透镜的成像规律。

(1)课间,小华到室外利用太阳光来测量凸透镜的焦距,她将该凸透镜正对着太阳光,如图甲所示。此时纸上呈现一个并非最小的光斑时,测得这个光斑到凸透镜的距离为L.此时再将这个凸透镜与纸之间距离稍微增大,若光斑变大,则凸透镜的焦距f_____ L(选填“>”、“<”或“=”);调整以后得到如图乙所示的光路图。则该透镜的焦距为20cm。

(2)当烛焰位于如图丙所示位置时,移动光屏,可在光屏上得到一个清晰的倒立、_____的实像;若将蜡烛远离透镜2cm,此时像的大小比原来的像要小些。若不移动光屏,在凸透镜前适当的位置放置_____(选填“近视眼镜”或“远视眼镜”),也可以在光屏上再次出现清晰的像。

(3)眼睛可能观察到烛焰经凸透镜所成虚像是如图丁所示四幅图中的_____

 

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如图所示,用手拨动塑料尺

(1)发出的声音是由塑料尺_____产生的

(2)如图a所示,用较小的力轻拨塑料尺;如图b所示,用较大的力重拨塑料尺。从a到b,塑料尺发出声音的_____变大

(3)如图c到图d,拨塑料尺的力不变,使塑料尺伸出桌面的长度变长,用仪器测得c图实验声音为1.3×10■,d图实验声音为1.2×102■,两个数据的单位是_____可见随着塑料尺伸出桌面的长度变长,发出声音的_____变小

(4)如图c到图f,拨塑料尺的力不变,塑料尺伸出桌面的长度不变,在塑料尺右端开小孔,开孔前后、两次发声的波形图象如图所示。可见结构的不同,会导致发出声音的_____改变。

 

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在图中标出通电螺线管的N极和B点的电流方向。

____

 

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