Question

6．閱讀短文，回答問題：
掃地機器人與吸塵器
掃地機器人是一款能自動清掃的智能家用電器，如圖甲．
機器人通過電動機旋轉產生高速氣流，將灰塵、雜物吸入集塵盒；其防滑輪皮采用凸凹材質制成；底部安裝有塑料刷，用于清掃吸附在地板上的灰塵及輕小物體；前端裝有感應器，通過發(fā)射、接收超聲波或紅外線來偵測障礙物．當剩余電量減為電池容量的20%時，機器人會主動尋找充電器充電．表一為某掃地機器人的部分參數．電池容量指放電電流與放電總時間的乘積．
表一：

額定工作電壓	12V	額定功率	30W	清掃100m2運行時間50min
電池容量	2500mAh	工作噪音	＜50dB

機器人中吸塵電機的吸入功率是衡量其優(yōu)劣的重要參數，測得某吸塵電機的吸入功率與真空度、風量間的對應關系如表二．真空度指主機內部氣壓與外界的氣壓差．風量指單位時間內通過吸塵電機排出的空氣體積．吸塵電機吸入功率與輸入功率的比值叫做效率．
表二：

真空度（Pa）	400	450	500	550	600
風量（m3/s）	0.025	0.02	0.017	0.015	0.013
吸入功率（W）	10	9		8.25	7.8

（1）機器人工作時，主機內部的氣壓小于（大于/小于/等于）大氣壓而產生吸力．若該機器人向障礙物垂直發(fā)射超聲波，經過0.001s收到回波，則其發(fā)射超聲波時與障礙物間的距離約為17cm．（設超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s）
（2）下列說法中錯誤的是C．
A．地面有靜電時，輕小物體會吸附在地板上而不易清掃
B．采用凸凹材質的輪皮，可增大機器人與地面間的摩擦
C．當遇到玻璃門等透明障礙物時，使用紅外線感應器效果較好
D．機器人工作時發(fā)出的聲音不會對人的聽力造成損傷
（3）該機器人正常工作時的電流為2.5A；充滿電后至下一次自動充電前能夠連續(xù)正常工作的最長時間為48min．
（4）由表二數據可知，當風量為0.017m³/s時，若其效率為34%，此時吸塵電機的輸入功率為8.5W；上述風量下，10min內通過吸塵電機提出的空氣質量為13.26kg．（取ρ_空氣=1.3kg/m³）
（5）如圖乙為某傳統(tǒng)吸塵器，表三為該吸塵器的部分數據．分析題中信息，從物理角度談一下掃地機器人與傳統(tǒng)的吸塵器相比，有哪些優(yōu)點？50dB＜75dB；噪音小環(huán)保、節(jié)能（寫出兩條）
表三：

額定工作電壓	220V	額定功率	1400W
工作噪音	＜75dB	清掃100m2工作時間	10min

Answer 1

分析 （1）由流體壓強與流速的關系：流速越大的位置壓強越�。幌雀鶕�s_總=vt算出總路程，利用s=$\frac{{s}_{總}}{2}$即可求出發(fā)射超聲波時與障礙物間的距離；
（2）①靜電現象，帶電體具有吸引輕小物體的性質；
②增大摩擦的方法：增大壓力和增大接觸面的粗糙程度；
③聲音的強弱等級用分貝來表示．0dB是人能聽到的最微弱的聲音；30-40dB是較為理想的安靜環(huán)境；70dB會干擾生活、影響工作；長期生活在90dB以上的噪聲環(huán)境中，聽力會受到嚴重的影響；超過150dB的噪聲環(huán)境，會使雙耳完全失去聽力；
④紅外線的物理特性有：熱作用強；穿透云霧的能力強；
（3）知道額定電壓和額定功率，根據I=$\frac{P}{U}$求出機器人正常工作時的電流；先算出消耗的電池容量Q=Q₁-Q₂，再利用t=$\frac{Q}{I}$求出連續(xù)正常工作的最長時間；
（4）由表格中數據可知，吸入功率與真空度和風量的關系，求出吸塵電機吸入功率，再根據η_電機=$\frac{{P}_{吸入}}{{P}_{輸入}}$×100%求出吸塵電機的效率；根據風量和時間求出空氣的體積，再利用m=ρ_空氣V通過吸塵電機提出的空氣質量．
（5）從噪聲和消耗電能的角度比較．

解答 解：（1）由流體壓強與流速的關系：流速越大的位置壓強越小可知，機器人在工作時，由于轉動的扇葉處氣體的流速大，壓強小，
在外界大氣壓的作用下將灰塵、雜物吸入集塵盒，故主機內部的氣壓小于大氣壓而產生吸力．
由v=$\frac{s}{t}$得，超聲波從發(fā)射到收到回波所通過的總路程：
s_總=vt=340m/s×0.001s=0.34m，
則其發(fā)射超聲波時與障礙物間的距離：
s=$\frac{{s}_{總}}{2}$=$\frac{0.34m}{2}$=0.17m=17cm；
（2）A．地面有靜電時，由于帶電體具有吸引輕小物體的性質，所以輕小物體會吸附在地板上而不易清掃，故A正確；
B．采用凸凹材質的輪皮，是為了在壓力一定時，增大接觸面的粗糙程度來增大機器人與地面間的摩擦，故B正確；
C．當遇到玻璃門等透明或半透明障礙物時，其將直接穿過而不產生任何回波，這樣掃地機器人就無法感應到前方有障礙物，于是也就無法做出減速的工作了，所以不能使用紅外線感應器，使用超聲波感應器較好，故C錯誤；
D．為了保護聽力，應控制噪聲不超過90dB，機器人工作時發(fā)出的聲音小于50dB，所以不會對人的聽力造成損傷，故D正確
故選C．
（3）由P=IU得，機器人正常工作時的電流：
I=$\frac{P}{U}$=$\frac{30W}{12V}$=2.5A，
充滿電后的電池容量Q₁=2500mAh，下一次自動充電前的電池容量Q₂=ηQ₁=20%×2500mAh=500mAh，
消耗的電池容量Q=Q₁-Q₂=2500mAh-500mAh=2000mAh，
正常工作時的電流I=2.5A=2500mA，
由I=$\frac{Q}{t}$得，連續(xù)正常工作的最長時間：
t=$\frac{Q}{I}$=$\frac{2000mAh}{2500mA}$=0.8h=48min；
（4）由表格中數據可知，吸入功率等于真空度與風量的乘積，
當風量為0.017m³/s時，吸塵電機吸入功率：
P_吸入=500Pa×0.017m³/s=8.5W，
當風量為0.017m³/s時，t=10min=600s，則通過吸塵電機提出的空氣體積：
V=0.017m³/s×600s=10.2m³，
由ρ=$\frac{m}{V}$得，通過吸塵電機提出的空氣質量：
m=ρ_空氣V=1.3kg/m³×10.2m³=13.26kg．
（5）由圖可知，掃地機器人與傳統(tǒng)的吸塵器相比50dB＜75dB，噪音小環(huán)保；
由P=$\frac{W}{t}$可得，
掃地機器人清掃100m²房間時消耗電能W₁=P₁t₁=30W×50×60s=9×10⁴J，
傳統(tǒng)的吸塵器清掃100m²房間時消耗電能W₂=P₂t₂=1400W×10×60s=8.4×10⁵J，
因為9×10⁴J＜8.4×10⁵J，所以掃地機器人比傳統(tǒng)的吸塵器節(jié)能．
故答案為：（1）小于；17；（2）C；（3）2.5； 48；（4）8.5；13.26；（5）50dB＜75 dB；噪音小環(huán)保；節(jié)能．

點評 本題涉及到力學、聲學、光學、電學等物理知識較多，跨度大，綜合性很強，有一定的難度，需要仔細分析判斷，學生要熟練掌握電功率公式、電流的定義式、效率公式的綜合應用，理解電池容量的含義和效率公式的應用是關鍵．