Question

2．隨著生活水平的提高，掃地機(jī)器人逐步進(jìn)人普通家庭．掃地機(jī)器人具有主動躲避障礙物、自動吸塵、自動返回充電座充電等諸多智能功能．下表是某款掃地機(jī)器人銘牌上的參數(shù)，電池容量“2000mAh”是指當(dāng)工作電流為2000mA，能持續(xù)供電1小時．機(jī)器人的供電系統(tǒng)設(shè)有自動充電功能，當(dāng)檢測到電池容量低至10%時會自動返回充電．

項目	指標(biāo)參數(shù)
工作電壓	15V
功率	30W
電池容量	2000mAh

（1）請寫出一條機(jī)器人吸塵器工作時的科學(xué)原理：流體流速大的地方壓強(qiáng)小
（2）若讓充滿電后的機(jī)器人去掃地，則機(jī)器人可持續(xù)正常工作多少小時？
（3）若返回過程中受到的阻力為30牛，為確保機(jī)器人能順利返回充電，需要充電時離充電座最遠(yuǎn)為多少米？

Answer 1

分析 （1）流體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系：流速越大，壓強(qiáng)越�。�
（2）先利用W=UIt求出電池的能量，再利用公式P=$\frac{W}{t}$的變形公式，可求出持續(xù)工作的時間．
（3）先計算電源用來克服阻力提供的能量，由克服阻力做的功，求出可以行駛的距離．

解答 解：
（1）掃地機(jī)器人工作時，高速旋轉(zhuǎn)的葉輪把空氣排出風(fēng)機(jī)，同時使外部空氣和灰塵不斷地補(bǔ)充進(jìn)風(fēng)機(jī)，吸塵器就能“吸塵”了，其原理利用了流體流速大的地方壓強(qiáng)小；
（2）由題知，電池容量“2000mAh”是指當(dāng)工作電流為2000mA，能持續(xù)供電1小時，
所以電池的容量為：W=UIt=15V×2A×3600s=1.08×10⁵J，
由表格知，掃地機(jī)器人工作時的功率為30W，
由P=$\frac{W}{t}$得，機(jī)器人可持續(xù)正常工作時間：
t=$\frac{W}{P}$=$\frac{1.08×1{0}^{5}J}{30W}$=3600s=1h；
（3）由題知，當(dāng)檢測到電池容量低至10%時會自動返回充電，
剩余電能用來克服摩擦力做到功為：
W′=10%W=10%×1.08×10⁵J=1.08×10⁴J；
根據(jù)W=Fs得：
s=$\frac{W′}{F}$=$\frac{1.08×1{0}^{4}J}{30N}$=360m．
答：（1）流體的流速越大，壓強(qiáng)越�。�
（2）可供機(jī)器人持續(xù)正常工作1h；
（3）需要充電時離充電座最遠(yuǎn)為360m．

點(diǎn)評 本題涉及的物理知識多，難度較大，有力學(xué)知識力的平衡、力做功等知識點(diǎn)，一環(huán)扣一環(huán)，這類題能讓學(xué)生對各物理量有一個整體性的掌握，有點(diǎn)難度，學(xué)生要熟練掌握物理公式，并靈活的運(yùn)用到計算中去．