Question

【題目】掃地機器人是一款能自動清掃的智能家用電器，如圖甲．

機器人通過電動機旋轉產生高速氣流，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；前端裝有感應器，通過發射、接收超聲波或紅外線來偵測障礙物．當剩余電量減為電池容量的20%時，機器人會主動尋找充電器充電．表一為某掃地機器人的部分參數．電池容量指放電電流與放電總時間的乘積．

表一：

額定工作電壓	12V	額定功率	30W
電池容量	2500mAh	工作噪音	＜50dB

機器人中吸塵電機的吸入功率是衡量其優劣的重要參數，測得某吸塵電機的吸入功率與真空度、風量間的對應關系如表二．真空度指主機內部氣壓與外界的氣壓差．風量指單位時間內通過吸塵電機排出的空氣體積．吸塵電機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
風量（m3/s）	0．025	0．02	0．017	0．015	0．013
吸入功率（W）	10．00	9．00	8．50		7．80

（1）機器人工作時，主機內部的氣壓 （選填“大于”、“小于”或“等于”）大氣壓而產生吸力．若該機器人向障礙物垂直發射超聲波，經過0．001s收到回波，則其發射超聲波時與障礙物的距離約為 cm．（設超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s）

（2）下列說法中錯誤的是（ ）．

A．地面有靜電時，輕小物體會吸附在地板上而不易清掃

B．當遇到玻璃門等透明障礙物時，使用紅外線感應器效果較好

C．機器人工作時發出的聲音不會對人的聽力造成損傷

D．采用凸凹材質的輪皮，可增大機器人與地面間的摩擦

（3）該機器人正常工作時的電流為 A；充滿電后至下一次自動充電前能夠連續正常工作的最長時間為 min．

（4）由表二數據可知，當風量為0．015m3/s時，若吸塵電機的輸入功率為25W，此時其效率為 ；上述風量下，10min內通過吸塵電機提出的空氣質量為 kg．

（取ρ空氣=1．3kg/m3）

（5）光敏電阻是制作灰塵傳感器的常用元件．圖乙為某光敏電阻的控制電路，電源電壓U0恒定，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．當光敏電阻分別為6Ω和18Ω時，電壓表的示數分別為6V和3V，則R0= Ω；為監測空氣的透光程度，要將電壓表表盤的相關刻度值轉化為對應的總阻值（R0+RG），則轉化后表盤上從左到右刻度線對應的阻值將 （選填“增大”、“不變”或“減小”）．

Answer 1

【答案】（1）小于；17；（2）B；（3）2．5；48；

（4）33%；11．7；（5）6；減小．

【解析】

試題分析：

（1）由流體壓強與流速的關系：流速越大的位置壓強越小可知，機器人在工作時，由于轉動的扇葉處氣體的流速大，壓強小，在外界大氣壓的作用下將灰塵、雜物吸入集塵盒，故主機內部的氣壓小于大氣壓而產生吸力．由得，超聲波從發射到收到回波所通過的總路程：s總=vt=340m/s×0．001s=0．34m，

則其發射超聲波時與障礙物間的距離；

（2）地面有靜電時，由于帶電體具有吸引輕小物體的性質，所以輕小物體會吸附在地板上而不易清掃，故A正確；當遇到玻璃門等透明或半透明障礙物時，其將直接穿過而不產生任何回波，這樣掃地機器人就無法感應到前方有障礙物，于是也就無法做出減速的工作了，所以不能使用紅外線感應器，使用超聲波感應器較好，故B錯誤；為了保護聽力，應控制噪聲不超過90dB，機器人工作時發出的聲音小于50dB，所以不會對人的聽力造成損傷，故C正確；采用凸凹材質的輪皮，是為了在壓力一定時，增大接觸面的粗糙程度來增大機器人與地面間的摩擦，故D正確．故選D．

（3）由P=IU得，機器人正常工作時的電流：，

充滿電后的電池容量Q1=2500mAh，下一次自動充電前的電池容量：Q2=ηQ1=20%×2500mAh=500mAh，

消耗的電池容量：Q=Q1-Q2=2500mAh-500mAh=2000mAh，

正常工作時的電流：I=2．5A=2500mA，由得，連續正常工作的最長時間：

；

（4）由表格中數據可知，吸入功率等于真空度與風量的乘積，

當風量為0．015m3/s時，吸塵電機吸入功率：

P吸入=550Pa×0．015m3/s=8．25W，

電動機的效率：，

當風量為0．015m3/s時，t=10min=600s，

通過吸塵電機提出的空氣體積：

V=0．015m3/s×600s=9m3，

由得，通過吸塵電機提出的空氣質量：

m=ρ空氣V=1．3kg/m3×9m3=11．7kg；

（5）由電路圖可知，光敏電阻RG和定值電阻R0串聯，電壓表測定值電阻R0兩端的電壓，

當光敏電阻RG1=6Ω時，電壓表的示數U1=6V，光敏電阻兩端的電壓U=U0-U1，

此時電路中的電流：，即…①

當光敏電阻RG2=18Ω時，電壓表的示數U1=3V，光敏電阻兩端的電壓U′=U0-U2，

此時電路中的電流：，即…②

聯立①②可解得：U0=12V，R0=6Ω，

設電壓表示數為U，此時電路中的電流：，

即，電源電壓U0恒定，R0為定值電阻，

由此可見，電壓表的示數U與總阻值（R0+RG）成反比，則轉化后表盤上從左到右相鄰兩刻度線對應阻值的減小量將減小．