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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...

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。

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表一:

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   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:

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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0001s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0015m3/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=13kg/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45V和225V,则R0 =      Ω。

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(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)

 

(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=U0−U1/RG1,即6V/R0=U0−6V/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=U0−U2/RG2,即3V/R0=U0−3V/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=f2 v,机器人运动的速度:v=0.4P/f2=0.4×30W/20N=0.6m/s 考点:回声测距离的应用;欧姆定律的应用;电功率与电压、电流的关系  
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考点分析:
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一质量均匀分布、正反面相同的长方形木板,以中线MN为界,对比观察左右两部分,发现粗糙程度可能不一样,哪一侧更粗糙?同学们进行了研究。

(1)小明用图甲所示实验装置,进行如下操作:

A.将轻弹簧的一端分别固定在板上MN左右两侧的P、Q点,另一端分别与同一滑块接触。

B.移动滑块使弹簧压缩相同的长度,由静止释放滑块,使滑块越过MN但不滑离木板。

C.分别测出滑块越过MN后滑行的距离x1和x2

小明想根据x1和x2的大小关系判断木板的粗糙程度,小华提出疑义。

①为能根据x1和x2的大小关系作出正确判断,请指出小明实验中存在的问题是:不能确定滑块_         _时的速度相同。

②简述改进方法:将弹簧的一端固定在      ,另一端与滑块接触,移动滑块使弹簧压缩相同的长度,分别向木板两个不同侧面由静止释放滑块(滑块不滑出木板),分别测出滑块滑行的距离x1和x2

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(2)如图乙所示,小红使滑块从同一高度的斜面由静止分别滑向木板的不同侧面,测出滑块运动的速度,分别作出滑块从侧面一端运动至MN过程中的速度v和时间t的关系图线如图丙所示,则图线      (选填“a”或“b”)所对应的接触面更粗糙,判断的依据是:_             __

 

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在“测定额定电压为25V小灯泡电功率”的实验中。

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(1)如图甲所示,电路连接尚未完成,E应与滑动变阻器的       接线柱相连接(选填“B”、“C”或“D”)。完成连接后闭合开关,发现灯泡很亮,说明存在操作上的错误是_       __。若闭合开关后,发现灯泡不发光,电流表的示数为零,电压表的示数为3V,产生故障的原因可能是下列情况       (填写字母)。

A.小灯泡短路                 B.小灯泡的灯丝断了

C.电压表的正、负接线柱反接   D.变阻器滑片接触不良

(2)小明在正确连接电路后,闭合开关,调节滑动变阻器的滑片至某一位置,此时电流表的示数为02A,电压表示数如右图乙所示,则小灯泡的功率是       瓦。为了测定小灯泡的额定功率,此时应将滑动变阻器的滑片向       _(选填“左”或“右”)移动。

(3)小明想在上述实验的基础上,进一步研究“电路中的电流跟电路两端电压的关系”, 于是就多次移动滑动变阻器的滑片,获得多组灯泡两端电压和电流的数据,发现电流与电压不成正比。请指出他的实验方法的不合理之处_          __。

 

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在“探究浮力的大小跟什么因素有关”时,小军同学提出如下猜想:

猜想1:可能跟物体浸入液体中的体积(排开液体的体积)有关;

猜想2:可能跟物体浸入液体中的深度有关;

猜想3:可能跟液体的密度有关。

为了验证上述猜想,小军在如右图所示的弹簧测力计下端挂了一体积为10 cm3的铁块依次把它缓缓地浸入水中不同的位置,然后又把它浸没到盐水中(ρ盐水=101×103 kg/m3 )。请回答下列问题: 

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(1)铁块从①一②一③的过程中,铁块受到的浮力        。(选填“变大”“变小”或“不变”)

(2)铁块从③一④的过程,是为了验证猜想        (选填序号),该猜想       (选填“正确”或“不正确”)。

(3)为了验证猜想3。他选取盐水和水进行对比实验(铁块均浸没于液体中)。他这样选是否合适:  (选填“合适”或“不合适”),你的简要理由是    

 

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小军体重500N,他的家距离学校2400 m,他骑自行车在水平路面上以4m/s的速度匀速直线行驶回校。有关数据在下表中列出:

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求:(1)行驶过程中,车对地面的压强多大?

(2)小军骑自行车从家到学校至少要做多少功?

(3)小军骑车从家到学校过程中做功的功率至少为多少?

 

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按要求作图:

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(1)画出图甲中静止在斜面上的物体A所受的重力G 和它对斜面的压力F 的示意图。

(2)如图乙,一束光线从空气中斜射入水和空气的分界面,请画出反射光线和折射光线的大致方向。

 

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