Question

14．掃地機(jī)器人是一款能自動(dòng)清掃的智能家用電器，如圖甲．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．其防滑輪皮采用凹凸材質(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(cè)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．

某掃地機(jī)器人的部分參數(shù)如下表：（電池容量指放電電流與放電總時(shí)間的乘積）

額定工作電壓	12V	額定功率	30W
電池容量	2.5Ah	工作噪音	＜50dB

（1）機(jī)器人工作時(shí)，主機(jī)內(nèi)部的氣壓小于（選填“大于”、“等于”或“小于”）大氣壓而產(chǎn)生吸力．
（2）當(dāng)?shù)孛嬗徐o電時(shí)，掃地機(jī)器人相對(duì)不易清掃，這是因?yàn)閹щ婓w具有吸引輕小物體的性質(zhì)．
（3）該機(jī)器人正常工作時(shí)的電流為多少安？充滿電后至下一次自動(dòng)充電前，能夠連續(xù)正常工作時(shí)間為多少？
（4）能自動(dòng)工作的傳感器由光敏電阻制作而成．圖乙為某光敏電阻的控制電路，電源電壓U₀恒定，R_G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6V和3V，則R₀=6Ω．

Answer 1

分析 （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��；
（2）靜電現(xiàn)象，帶電體具有吸引輕小物體的性質(zhì)；
（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(shí)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(zhǎng)時(shí)間；
（4）根據(jù)串聯(lián)電路電流相等的特點(diǎn)，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．

解答 解：（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．
（2）地面有靜電時(shí)，由于帶電體具有吸引輕小物體的性質(zhì)，所以輕小物體會(huì)吸附在地板上而不易清掃；
（3）由P=IU得，
機(jī)器人正常工作時(shí)的電流I=$\frac{P}{U}$=$\frac{30W}{12V}$=2.5A．
充滿電后的電池容量Q₁=2.5Ah，下一次自動(dòng)充電前的電池容量Q₂=ηQ₁=20%×2.5Ah=0.5Ah，
消耗的電池容量Q=Q₁-Q₂=2.5Ah-0.5Ah=2Ah，
正常工作時(shí)的電流I=2.5A，
由I=$\frac{Q}{t}$=得，連續(xù)正常工作的最長(zhǎng)時(shí)間：
t=$\frac{Q}{I}$=$\frac{2Ah}{2.5A}$=0.8h．
（4）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(cè)定值電阻R₀兩端的電壓，
當(dāng)光敏電阻R_G1=6Ω時(shí)，電壓表的示數(shù)U₁=6V，光敏電阻兩端的電壓U=U₀-U₁，
此時(shí)電路中的電流I₁=$\frac{{U}_{1}}{{R}_{0}}$=$\frac{{U}_{0}-{U}_{1}}{{R}_{G1}}$，即$\frac{6V}{{R}_{0}}$=$\frac{{U}_{0}-6V}{6Ω}$…①
當(dāng)光敏電阻R_G2=18Ω時(shí)，電壓表的示數(shù)U₁=3V，光敏電阻兩端的電壓U′=U₀-U₂，
此時(shí)電路中的電流I₂=$\frac{{U}_{2}}{{R}_{0}}$=$\frac{{U}_{0}-{U}_{2}}{{R}_{G2}}$，即$\frac{3V}{{R}_{0}}$=$\frac{{U}_{0}-3V}{18Ω}$…②
聯(lián)立①②可解得：U₀=12V，R₀=6Ω．
故答案為：
（1）小于；
（2）帶電體具有吸引輕小物體的性質(zhì)；
（3）該機(jī)器人正常工作時(shí)的電流為2.5A；充滿電后至下一次自動(dòng)充電前，能夠連續(xù)正常工作時(shí)間為0.8h；
（4）6．

點(diǎn)評(píng) 本題涉及到力學(xué)、電學(xué)等物理知識(shí)，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．