Question

6．2013年2月8日，由中國自主研發(fā)的風(fēng)能機(jī)器人“極地漫游者”在南極中山站附近冰蓋上“走”走出了第一步，這是我國研發(fā)的首臺(tái)基于再生風(fēng)能驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人．
如圖所示，“極地漫游者”本體長1.8m，高1.2m，寬1.6m，重300kg，可在風(fēng)能發(fā)電驅(qū)動(dòng)下不間斷地晝夜行走，能跨越高度近半米以上的障礙物，并在冰蓋復(fù)雜地形下進(jìn)行多傳感器融合的自主導(dǎo)航控制以及國內(nèi)通過衛(wèi)星鏈路進(jìn)行遙控，未來可搭載大氣傳感器、冰雪取樣器、地理地質(zhì)分析器等50kg的任務(wù)載荷．問（P海水=1.04×10³kg/m³，g=10N/kg）
（1）風(fēng)能發(fā)電驅(qū)動(dòng)的原理是風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能．
（2）若它每個(gè)輪子與地面的接觸面積為20cm²，則“極地漫游者”空載時(shí)對(duì)冰蓋的壓強(qiáng)是多少？
（3）當(dāng)滿載荷儀器的“極地漫游者”走上一塊露出海面部分體積為100m³的浮冰上時(shí)，請(qǐng)計(jì)算說明這塊浮冰能否繼續(xù)保持漂浮狀態(tài)？

Answer 1

分析 （1）發(fā)電機(jī)的發(fā)電過程是將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的過程．
（2）現(xiàn)根據(jù)G=mg計(jì)算出重力，再根據(jù)P=$\frac{F}{S}$計(jì)算出空載時(shí)對(duì)冰蓋的壓強(qiáng)大��；
（3）浸入液體中的物體的浮沉取決于物體的重力和受到浮力的大小關(guān)系，
當(dāng)F_浮＞G時(shí)，物體上浮，最終漂浮在液面上；
當(dāng)F_浮＜G時(shí)，物體下沉；
當(dāng)F_浮=G時(shí)，物體會(huì)懸浮在液體中．
要判斷浮冰的狀態(tài)，可以比較浮冰露出海面部分受到的浮力與“極地漫游者”的重力的大小關(guān)系．

解答 解：（1）風(fēng)能發(fā)電驅(qū)動(dòng)的原理是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能；
（2）“極地漫游者”的重力G=mg=300kg×10N/kg=3×10³N，
對(duì)冰蓋的壓強(qiáng)P=$\frac{F}{S}$=$\frac{G}{S}$=$\frac{3×1{0}^{3}N}{4×20×1{0}^{-4}{m}^{2}}$=3.75×10⁵N；
（3）浮冰還能增大的最大浮力為：F_浮=ρ_海水V_排g=1.04×10³kg/m³×100m³×10N/kg=1.04×10⁶N，
因?yàn)镕_浮＞G，所以浮冰可以繼續(xù)漂�。�
答：（1）風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能；
（2）“極地漫游者”空載時(shí)對(duì)冰蓋的壓強(qiáng)是3.75×10⁵N；
（3）浮冰能繼續(xù)保持漂浮狀態(tài)．

點(diǎn)評(píng) 此題通過我國研發(fā)的首臺(tái)基于再生風(fēng)能驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人，考查了風(fēng)能發(fā)電的原理、重力和壓強(qiáng)的計(jì)算，以及物體浮沉條件的應(yīng)用，體現(xiàn)了物理知識(shí)在科技發(fā)展中的應(yīng)用；要明確物體的浮沉最終決定于物體的重力與浮力之間的大小關(guān)系．