【题目】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。
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:
(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)
【答案】(1)小于;17;
(2)2.5;48;
(3)33;11.7;
(4)6;减小
(5)0.6m/s
【解析】试题分析:(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=s/t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=s总/2=0.34m/2=0.17m=17cm
(2)由P=IU得,机器人正常工作时的电流I=P/U=30W/12V=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=Q/t得,连续正常工作的最长时间t=Q/I=2000mAh/2500mA=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,η电机=P吸入/P输入×100%=8.25W/25W×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=m/V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 =6V,光敏电阻两端的电压U=U0-U1,
此时电路中的电流I1 =U1/R0=U0U1/RG1,即6V/R0=U06V/6Ω…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 =U2/R0=U0U2/RG2,即3V/R0=U03V/18Ω…②联立①②可解得:U0 =12V,R0 =6Ω;
设电压表示数为U,此时电路中的电流I=U/R0=U0/R0+RG,即U=U0R0/R0+RG,电源电压U0恒定,R0为定值电阻,由此可见,电压表的示数U与总阻值(R0 +RG)成反比,则转化后表盘上从左到右相邻两刻度线对应阻值的减小量将减小。
(5)吸尘器压力等于其重力,由题知摩擦力与压力成正比,f1/f2=G1/G2=m1/m2,达到最大最大集尘量时的摩擦力f2为:16N/f2=4kg/4kg+1kg,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,机器人运动的速度:v=0.4P/f2=0.4×30W/20N=0.6m/s
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【题目】如图所示的风力发电机是将风能(气流的动能)来发电的装置.下表是某地的一台风力发电机,其风轮正面迎风时,在不同风速下获得的能量.
(1)由表可知,当风速25m/s时,该风力发电机1s内获得的能量E为____;
(2)当风速20m/s时,一台风车工作1h所产生的电能供100只“220V-100W”灯泡正常工作8h,则这台风车发电效率为______.
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【题目】如图所示,物体在水平拉力F的作用下沿水平桌面匀速向右运动,下列说法中正确的是:( )
A. 物体所受拉力和重力是一对平衡力
B. 物体所受重力和桌面对物体的支持力是一对平衡力
C. 桌面对物体的支持力和物体对桌面的压力是一对平衡力
D. 桌面对物体的支持力和物体受到的摩擦力是一对平衡力
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【题目】小明用台秤研究人在竖直升降电梯中的运动.他先在地面上用台秤称得自己的体重为500N,再将台秤移至电梯内,电梯从t=0时由静止开始向下运动到t=11s时停止,测得台秤对自己的支持力F随时间t变化的图象如图所示,则
A. 0~2s的过程中,小明的动能不变
B. 2s~10s的过程中,小明的重力势能转化为动能
C. 10s~11s的过程中,小明的机械能不断减小
D. 0~11s的过程中,小明的机械能不断增大
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【题目】物理兴趣小组的同学们想探究通过导体的电流与电压的关系.实验室有电源、电压表、电流表、滑动变阻器、规格不同的定值电阻、开关和导线等器材各若干供同学们选择,实验所用电路如图a所示.
(1)图b是某组同学尚未完成连接的实物电路,请你用笔画线代替两根导线完成连接(连线不交叉).要求:滑动变阻器的滑片P向A端移动,电压表示数变大_______ .
(2)他们测得多组数据记录在下表中,在给定的坐标纸上作出图象,分析得出了结论.在与其他组交流时发现虽然各小组作出的图象都是正确的,但是在相同的坐标纸上有些小组的图象却明显不同.请你利用表中数据在图c中作出I﹣U图象________,并回答造成这种不同的原因:_____________________.
(3)该组同学为了进一步探究电路的性质,他们选择了一个电压可调的电源进行实验.实验所用电路如图d所示,但电压表位置不详,电阻R1的阻值为8Ω,所用滑动变阻器R2是“10Ω 2A”和“5Ω 3A”中的一个.若某次实验时两表刻度盘上的指针位置如图e所示,此时滑动变阻器接入电路的阻值恰为最大值的一半.请发挥你的聪明才智,通过计算推测他们实验时所用变阻器R2的规格是________________,R2的电压为____________ V。
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【题目】甲、乙、丙三辆小车同时同地向东运动,它们运动的图象如图所示,由图象可知,运动速度相同的小车是_____和_____;图B中阴影部分的面积所表示的物理量是_____。
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【题目】每年的3月22日至28日是“中国水周”。为响应节水护水的号召,某中学物理项目学习(PBL)小组对我市某区域河道水的密度指标进行了测量:
(1)将天平放在水平桌面上,游码归零后发现指针在分度盘左侧,如图甲所示。要使天平横梁平衡,应进行的操作是_____,(选填“移动游码“或“调节平衡螺母“),直到天平平衡。
(2)将空烧杯放在左盘,砝码放在右盘,指针仍偏向分度盘左侧,接下来应该_____直到天平平衡,测得空烧杯的质量为30g。
(3)将河水样品倒入烧杯中,在液面处标记A,用天平测得烧杯和河水的总质量如图乙所示,为_____g。
(4)把烧杯中河水样品倒尽并擦干烧杯,将纯净水倒入烧杯至_____,用天平测出烧杯和纯净水的总质量为74g。
(5)则样品河水的密度为_____kg/m3。
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【题目】小轿车上都装有一个用来提醒司机是否关好车门的指示灯。四个车门中只要有一个门没关好(相当于一个开关断开),该指示灯就会发光。如图所示的模拟电路图中符合要求的是( )
A. B. C. D.
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【题目】某兴趣小组测量一种易溶于水且形状不规则的固体颗粒物质的密度,测量的部分方法和结果如图所示。
(1)将托盘天平放在水平台上,把_____(选填“平衡螺母”或“游码”)移至标尺左端零刻线处,发现指针静止时指在分度盘中线的左侧(如图),则应将平衡螺母向______(选填“左”或“右”)调节使横梁平衡。
(2)把适量的固体颗粒放在天平左盘内,增减右盘的砝码,调节______使横梁重新平衡,此时砝码质量和游码在标尺上的位置如图甲所示,则称量的颗粒的质量是_____g。
(3)因颗粒易溶于水,小组同学采用图乙所示方法测量体积,所称量的颗粒的体积是____cm3。
(4)该物质的密度是____kg/m3。
(5)在C步操作中,若摇动不够充分,铁砂未充满颗粒的空隙,则测出的值比实际密度偏______(填“大”或“小”)。
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