Question

4．“擦窗机器人”的质量为2kg，它的“腹部”有吸盘．当擦窗机器人的真空泵将吸盘内的空气向外抽出时，它能牢牢地吸在竖直玻璃上．（g取10N/kg）

（1）机器人吸尘的工作原理是通过电机转动时内部压强小于外部压强，从而使杂物进入吸尘器．（选填“大于”、“小于”或“等于”）
（2）当擦窗机器人在竖直玻璃板上静止时，若真空泵继续向外抽气，则擦窗机器人受到的摩擦力不变（选填“变大”、“变小”或“不变”）．
（3）吸盘与玻璃的接触面积为1.2×10^-3m²，若吸盘在此面积上对玻璃的压强为1.5×10⁵Pa，则吸盘对玻璃的压力是多大？
（4）擦窗机器人以0.1m/s的速度匀速竖直向下运动8s，它所受重力做的功是多少？重力做功的功率是多大？

Answer 1

分析 （1）流体压强与流速的关系：流速越大，压强越小；
（2）物体静止时处于平衡状态，受到的力为平衡力；
（3）知道吸盘与玻璃的接触面积即受力面积和吸盘在此面积上对玻璃的压强，根据F=pS求出吸盘对玻璃的压力；
（4）根据速度公式求出机器人匀速向下运动的距离，根据W=Gh=mgh求出所受重力做的功，根据P=$\frac{W}{t}$求出重力做功的功率．

解答 解：（1）机器人吸尘的工作原理是流体流速大的地方压强小，即通过电机转动时内部压强小于外部压强，从而使杂物进入吸尘器；
（2）当擦窗机器人在竖直玻璃板上静止时，处于平衡状态，竖直方向受到的重力和摩擦力是一对平衡力，
当真空泵继续向外抽气时，机器人的重力不变，则擦窗机器人受到的摩擦力不变；
（3）由p=$\frac{F}{S}$可得，吸盘对玻璃的压力：
F=pS=1.5×10⁵Pa×1.2×10^-3m²=180N；
（4）由v=$\frac{s}{t}$可得，机器人匀速向下运动的距离：
h=vt=0.1m/s×8s=0.8m，
所受重力做的功：
W=Gh=mgh=2kg×10N/kg×0.8m=16J，
重力做功的功率：
P=$\frac{W}{t}$=$\frac{16J}{8s}$=2W．
答：（1）小于；
（2）不变；
（3）吸盘对玻璃的压力是180N；
（4）擦窗机器人所受重力做的功是16J，重力做功的功率是2W．

点评 本题涉及的物理知识多，有力学知识力的平衡、力做功等知识点，一环扣一环，这类题能让学生对各物理量有一个整体性的掌握，有点难度，学生要熟练掌握物理公式，并灵活的运用到计算中去．