Question

14．扫地机器人是一款能自动清扫的智能家用电器，如图甲．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．其防滑轮皮采用凹凸材质制成，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．

某扫地机器人的部分参数如下表：（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	2.5Ah	工作噪音	＜50dB

（1）机器人工作时，主机内部的气压小于（选填“大于”、“等于”或“小于”）大气压而产生吸力．
（2）当地面有静电时，扫地机器人相对不易清扫，这是因为带电体具有吸引轻小物体的性质．
（3）该机器人正常工作时的电流为多少安？充满电后至下一次自动充电前，能够连续正常工作时间为多少？
（4）能自动工作的传感器由光敏电阻制作而成．图乙为某光敏电阻的控制电路，电源电压U₀恒定，R_G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6V和3V，则R₀=6Ω．

Answer 1

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；
（2）静电现象，带电体具有吸引轻小物体的性质；
（3）知道额定电压和额定功率，根据I=$\frac{P}{U}$求出机器人正常工作时的电流；
先算出消耗的电池容量Q=Q₁-Q₂，再利用t=$\frac{Q}{I}$求出连续正常工作的最长时间；
（4）根据串联电路电流相等的特点，利用欧姆定律I=$\frac{U}{R}$列出光敏电阻在不同阻值的电流方程，联立即可解得定值电阻的阻值．

解答 解：（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．
（2）地面有静电时，由于带电体具有吸引轻小物体的性质，所以轻小物体会吸附在地板上而不易清扫；
（3）由P=IU得，
机器人正常工作时的电流I=$\frac{P}{U}$=$\frac{30W}{12V}$=2.5A．
充满电后的电池容量Q₁=2.5Ah，下一次自动充电前的电池容量Q₂=ηQ₁=20%×2.5Ah=0.5Ah，
消耗的电池容量Q=Q₁-Q₂=2.5Ah-0.5Ah=2Ah，
正常工作时的电流I=2.5A，
由I=$\frac{Q}{t}$=得，连续正常工作的最长时间：
t=$\frac{Q}{I}$=$\frac{2Ah}{2.5A}$=0.8h．
（4）由电路图可知，光敏电阻R_G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R_G1=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=$\frac{{U}_{1}}{{R}_{0}}$=$\frac{{U}_{0}-{U}_{1}}{{R}_{G1}}$，即$\frac{6V}{{R}_{0}}$=$\frac{{U}_{0}-6V}{6Ω}$…①
当光敏电阻R_G2=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=$\frac{{U}_{2}}{{R}_{0}}$=$\frac{{U}_{0}-{U}_{2}}{{R}_{G2}}$，即$\frac{3V}{{R}_{0}}$=$\frac{{U}_{0}-3V}{18Ω}$…②
联立①②可解得：U₀=12V，R₀=6Ω．
故答案为：
（1）小于；
（2）带电体具有吸引轻小物体的性质；
（3）该机器人正常工作时的电流为2.5A；充满电后至下一次自动充电前，能够连续正常工作时间为0.8h；
（4）6．

点评 本题涉及到力学、电学等物理知识，综合性很强，有一定的难度，需要仔细分析判断．学生要熟练掌握电流的定义式、欧姆定律、效率公式的综合应用，理解电池容量的含义和效率公式的应用是关键．