與機(jī)器人有關(guān)的中考物理題賞析

向汝星

隨著智能型機(jī)器人的不斷研發(fā)，機(jī)器人已經(jīng)應(yīng)用到日常生活中的各個(gè)行業(yè).近幾年，在各地中考物理試題中也經(jīng)常出現(xiàn)與機(jī)器人有關(guān)的考題，下面略舉幾例以供賞析.

例題1 如圖1所示，某公司研發(fā)的智能家務(wù)機(jī)器人，它具有凈化室內(nèi)空氣、陪伴老人聊天散步等功能.若它在50N的牽引力作用下，以0.5m/s的速度在水平地面勻速直線行駛60s，求：（1）它行駛的路程;（2）此過(guò)程中牽引力所做的功.

【分析】（1）已知速度和時(shí)間，利用速度公式計(jì)算它行駛的路程;

（2）利用W=FS計(jì)算此過(guò)程中牽引力所做的功.

【解答】（1）因v=st，所以它行駛的路程

s=vt=0.5m/s×60s=30m;

（2）此過(guò)程中牽引力所做的功

W=Fs=50N×30m=1500J.

答：（1）它行駛的路程為30m;（2）此過(guò)程中牽引力所做的功為1500J.

【點(diǎn)評(píng)】此題考查功的計(jì)算、速度公式的應(yīng)用，難度不大，屬于基礎(chǔ)知識(shí)考查.

例題2 （2018·廣西北部灣）圖2是一款新研發(fā)的機(jī)器人.若機(jī)器人重為15N，與地面的接觸面積是1×10-3m2，牽引力大小是10N，機(jī)器人在水平地面上沿直線行走10m，用時(shí)100s.求：（1）機(jī)器人行走的平均速度;（2）機(jī)器人牽引力做的功;（3）機(jī)器人靜止時(shí)對(duì)水平面的壓強(qiáng).

【解答】（1）機(jī)器人行走的平均速度

v=st=10m100s=0.1m/s.

（2）機(jī)器人牽引力做的功

W=F·s=10N×10m=100J.

（3）機(jī)器人靜止時(shí)對(duì)水平面的壓強(qiáng)

p=FS=15N（1×[10]-3m2）=1.5×104Pa.

【點(diǎn)評(píng)】此題考查功的計(jì)算，平均速度公式、壓強(qiáng)公式的應(yīng)用.

例題3 （2017·廣東）常用機(jī)器人潛入水下打撈沉船上的物體（ρ水=1.0×103kg/m3，g=10N/kg）.

（1）某時(shí)刻機(jī)器人在水下用豎直向上的力舉著體積為0.03m3，密度為2.5×103kg/m3的實(shí)心物體靜止不動(dòng)，該力的大小是多少？

（2）若機(jī)器人在水下30m處將該物體勻速豎直向上運(yùn)至水面需150s，物體豎直上升所需要的動(dòng)力F與物體運(yùn)動(dòng)速度v的關(guān)系如圖3所示，求：①物體上升的速度是多少？②這個(gè)過(guò)程動(dòng)力F對(duì)物體做了多少功？

【解答】（1）物體在水下受到的浮力F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.03m3=300N，物體所受的重力G物=ρ物gV物=2.5×103kg/m3×10N/kg×0.03m3=750N，所以舉起物體需要的力F=G物-F浮=750N-300N=450N.

（2）①物體上升的速度v=st=50m150s=0.2m/s.

②由圖像可知F=500N，所做的功W=Fs=500N×30m=15000J.

【點(diǎn)評(píng)】此題考查浮力的計(jì)算，函數(shù)圖像在物理問(wèn)題中的應(yīng)用.

例題4 （2018·揚(yáng)州）智能機(jī)器人目前已能夠?yàn)槿祟愒诤芏喾矫孢M(jìn)行高效率、高精準(zhǔn)度的服務(wù)，在圖書館領(lǐng)域，機(jī)器人可以輔助或替代圖書館員的工作，提供整理圖書、讀者咨詢等服務(wù).下表是某智能機(jī)器人圖書館員“小i”（如圖4甲）的部分參數(shù).

參數(shù)名稱電源電壓/V最大負(fù)重/kg提升重物

最大高度/m機(jī)器人車輪直徑/cm充電功率/W

數(shù)據(jù)48200.6102.5

（1）讀者與“小i”對(duì)話，咨詢某圖書所在的位置，“小i”需將讀者的聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)，這與（填“發(fā)電機(jī)”或“電動(dòng)機(jī)”）的原理相同.

（2）在陽(yáng)光充足的時(shí)候，“小i”可以通過(guò)將能轉(zhuǎn)化為電能的方式實(shí)現(xiàn)無(wú)線充電.

（3）“小i”也提供無(wú)線上網(wǎng)服務(wù)，它與互聯(lián)網(wǎng)之間通過(guò)來(lái)傳遞信息.

（4）“小i”每天需將1944kg圖書從借閱處分批搬回書架上，每次放回需將圖書提高0.5m，則每天搬書上書架做功J，若充電效率為90%，則每天應(yīng)至少充電 h.（g取10N/kg）

（5）如圖乙所示為“小i”承受圖書重力的過(guò)載保護(hù)電路原理圖，圖中R為壓力傳感器，阻值隨所受壓力變化圖像如圖丙所示，圖乙觸發(fā)器的電阻忽略不計(jì)，通過(guò)的電流超過(guò)0.5A時(shí)就觸發(fā)電動(dòng)機(jī)停止工作，放棄執(zhí)行搬書指令，以免“小i”受損傷.因此為保護(hù)“小i”，電阻箱R0的阻值至少應(yīng)為Ω;“小i”長(zhǎng)時(shí)間工作后，為減輕其最大負(fù)重，應(yīng)將電阻箱R0的阻值適當(dāng)（填“增大”或“減小”）.

（6）圖書館管理人員發(fā)現(xiàn)，“小i”經(jīng)過(guò)斜面時(shí)，爬坡打滑爬不上去，在不改變智能機(jī)器人硬件情況下，為了讓“小i”能爬坡，可采用的方法是①，②.

【分析】（1）閉合電路的部分導(dǎo)體在磁場(chǎng)中做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體中就會(huì)產(chǎn)生電流，發(fā)電機(jī)就是根據(jù)這一原理制成的.（2）太陽(yáng)能電池板將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能.（3）電磁波的傳播不需要介質(zhì)，可以在真空中傳播.（4）根據(jù)W=Gh=mgh求出“小i”每天搬書上書架做功;然后求出充電存儲(chǔ)的電能，再利用P=Wt求出充電時(shí)間.（5）根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)先求出“小i”承受的最大壓力，由圖丙可知此時(shí)壓力傳感器的阻值，利用歐姆定律和串聯(lián)電路電阻的特點(diǎn)求出電阻箱R0接入的最小阻值;由于電源電壓和觸發(fā)電動(dòng)機(jī)停止工作的電流不變，即電路總電阻不變，要減輕“小i”的最大負(fù)重，即減小其承受的壓力，從而知道壓力傳器的阻值的變化，利用串聯(lián)電路電阻特點(diǎn)求出電阻箱R0的阻值的變化.（6）“小i”經(jīng)過(guò)斜面時(shí)，爬坡打滑爬不上去，說(shuō)明所受的阻力較大，在不改變智能機(jī)器人硬件情況下，可以從減小阻力進(jìn)行分析.

【解答】（1）讀者與“小i”對(duì)話，聲音使膜片振動(dòng)，使線圈在磁場(chǎng)中做切割磁感線運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生感應(yīng)電流，即將讀者的聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)，這是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，與發(fā)電機(jī)的原理相同.

（2）在陽(yáng)光充足的時(shí)候，“小i”的太陽(yáng)能電池板可以將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能的方式實(shí)現(xiàn)無(wú)線充電.

（3）“小i”提供無(wú)線上網(wǎng)服務(wù)，則它與互聯(lián)網(wǎng)之間通過(guò)電磁波來(lái)傳遞信息.

（4）“小i”每天搬書上書架做功W=Gh=mgh=1944kg×10N/kg×0.5m=9720J.

由η=WW電得，充電存儲(chǔ)的電能W電=Wη=10800J.

由P=Wt得，充電時(shí)間t=10800J2.5W=4320s=1.2h.

（5）“小i”承受的最大壓力F=G=mg=20kg×10N/kg=200N，由圖丙可知，當(dāng)F=200N時(shí)，壓力傳感器的阻值R=15Ω，由I=UR，得電路總電阻R總=UI=48V0.5A=96Ω，電阻箱R0接入的最小阻值R0=R總-R=96Ω-15Ω=81Ω.

由于電源電壓和觸發(fā)電動(dòng)機(jī)停止工作的電流不變，根據(jù)R總=UI可知，電路總電阻不變，要減輕“小i”的最大負(fù)重，即減小其承受的壓力，則壓力傳感器的阻值將增大，所以，應(yīng)將電阻箱R0的阻值適當(dāng)減小.

（6）“小i”經(jīng)過(guò)斜面時(shí)，爬坡打滑爬不上去，說(shuō)明所受的阻力較大，在不改變智能機(jī)器人硬件情況下，即動(dòng)力不變，為了讓“小i””能爬坡，需要減小阻力，可采用的方法是：①減小斜面的傾斜程度;②減小最大負(fù)重.

【答案】（1）發(fā)電機(jī) （2）太陽(yáng) （3）電磁波 （4）97201.2 （5）81減小 （6）①減小斜面的傾斜程度;②減小最大負(fù)重

【點(diǎn)評(píng)】本題以智能機(jī)器人為背景，涉及的知識(shí)點(diǎn)較多，關(guān)鍵是從題干中獲取有用的信息，熟練運(yùn)用相關(guān)知識(shí)即可正確解題，雖綜合性強(qiáng)，但難度不大.