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【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。

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/span>/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】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;

v得,

超声波从发射到收到回波所通过的总路程:

s=vt=340m/s×0.001s=0.34m,

则其发射超声波时与障碍物间的距离:

s==0.17m17cm

(2)由PUI得,机器人正常工作时的电流:

I2.5A

充满电后的电池容量Q12500mAh,下一次自动充电前的电池容量:

Q2ηQ120%×2500mAh500mAh

消耗的电池容量:

QQ1Q22500mAh500mAh2000mAh

正常工作时的电流:

I2.5A2500mA

I得,连续正常工作的最长时间:

t0.8h48min

(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/s8.25W

电动机的效率:

η电机×100%×100%33%

当风量为0.015m3/s时,t10min600s

通过吸尘电机提出的空气体积:

V0.015m3/s×600s9m3

ρ得,通过吸尘电机提出的空气质量:

mρ空气V1.3kg/m3×9m311.7kg

(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时,电压表的示数U14.5V,光敏电阻两端的电压UU0U1

此时电路中的电流:

I1=,即=…①

当光敏电阻RG218Ω时,电压表的示数U13V,光敏电阻两端的电压U′U0U2,/span>

此时电路中的电流:

I2=,即=…②

联立①②可解得:U09VR0

(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:f220N

消耗的电能中有40%用于克服摩擦力做功。

所以40%PFvf2v

P=Fv,可得,机器人运动的速度:v=0.6m/s.

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______

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UV

IA

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②分析表中的数据得到:电阻一定时,电流跟电压成______

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