Question

2．随着生活水平的提高，扫地机器人逐步进人普通家庭．扫地机器人具有主动躲避障碍物、自动吸尘、自动返回充电座充电等诸多智能功能．下表是某款扫地机器人铭牌上的参数，电池容量“2000mAh”是指当工作电流为2000mA，能持续供电1小时．机器人的供电系统设有自动充电功能，当检测到电池容量低至10%时会自动返回充电．

项目	指标参数
工作电压	15V
功率	30W
电池容量	2000mAh

（1）请写出一条机器人吸尘器工作时的科学原理：流体流速大的地方压强小
（2）若让充满电后的机器人去扫地，则机器人可持续正常工作多少小时？
（3）若返回过程中受到的阻力为30牛，为确保机器人能顺利返回充电，需要充电时离充电座最远为多少米？

Answer 1

分析 （1）流体压强与流速的关系：流速越大，压强越小．
（2）先利用W=UIt求出电池的能量，再利用公式P=$\frac{W}{t}$的变形公式，可求出持续工作的时间．
（3）先计算电源用来克服阻力提供的能量，由克服阻力做的功，求出可以行驶的距离．

解答 解：
（1）扫地机器人工作时，高速旋转的叶轮把空气排出风机，同时使外部空气和灰尘不断地补充进风机，吸尘器就能“吸尘”了，其原理利用了流体流速大的地方压强小；
（2）由题知，电池容量“2000mAh”是指当工作电流为2000mA，能持续供电1小时，
所以电池的容量为：W=UIt=15V×2A×3600s=1.08×10⁵J，
由表格知，扫地机器人工作时的功率为30W，
由P=$\frac{W}{t}$得，机器人可持续正常工作时间：
t=$\frac{W}{P}$=$\frac{1.08×1{0}^{5}J}{30W}$=3600s=1h；
（3）由题知，当检测到电池容量低至10%时会自动返回充电，
剩余电能用来克服摩擦力做到功为：
W′=10%W=10%×1.08×10⁵J=1.08×10⁴J；
根据W=Fs得：
s=$\frac{W′}{F}$=$\frac{1.08×1{0}^{4}J}{30N}$=360m．
答：（1）流体的流速越大，压强越小；
（2）可供机器人持续正常工作1h；
（3）需要充电时离充电座最远为360m．

点评 本题涉及的物理知识多，难度较大，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．