与机器人有关的中考物理题赏析

2024.01.30

向汝星

随着智能型机器人的不断研发，机器人已经应用到日常生活中的各个行业.近几年，在各地中考物理试题中也经常出现与机器人有关的考题，下面略举几例以供赏析.

例题1 如图1所示，某公司研发的智能家务机器人，它具有净化室内空气、陪伴老人聊天散步等功能.若它在50N的牵引力作用下，以0.5m/s的速度在水平地面匀速直线行驶60s，求：（1）它行驶的路程;（2）此过程中牵引力所做的功.

【分析】（1）已知速度和时间，利用速度公式计算它行驶的路程;

（2）利用W=FS计算此过程中牵引力所做的功.

【解答】（1）因v=st，所以它行驶的路程

s=vt=0.5m/s×60s=30m;

（2）此过程中牵引力所做的功

W=Fs=50N×30m=1500J.

答：（1）它行驶的路程为30m;（2）此过程中牵引力所做的功为1500J.

【点评】此题考查功的计算、速度公式的应用，难度不大，属于基础知识考查.

例题2 （2018·广西北部湾）图2是一款新研发的机器人.若机器人重为15N，与地面的接触面积是1×10-3m2，牵引力大小是10N，机器人在水平地面上沿直线行走10m，用时100s.求：（1）机器人行走的平均速度;（2）机器人牵引力做的功;（3）机器人静止时对水平面的压强.

【解答】（1）机器人行走的平均速度

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

（2）机器人牵引力做的功

W=F·s=10N×10m=100J.

（3）机器人静止时对水平面的压强

p=FS=15N（1×[10]-3m2）=1.5×104Pa.

【点评】此题考查功的计算，平均速度公式、压强公式的应用.

例题3 （2017·广东）常用机器人潜入水下打捞沉船上的物体（ρ水=1.0×103kg/m3，g=10N/kg）.

（1）某时刻机器人在水下用竖直向上的力举着体积为0.03m3，密度为2.5×103kg/m3的实心物体静止不动，该力的大小是多少？

（2）若机器人在水下30m处将该物体匀速竖直向上运至水面需150s，物体竖直上升所需要的动力F与物体运动速度v的关系如图3所示，求：①物体上升的速度是多少？②这个过程动力F对物体做了多少功？

【解答】（1）物体在水下受到的浮力F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.03m3=300N，物体所受的重力G物=ρ物gV物=2.5×103kg/m3×10N/kg×0.03m3=750N，所以举起物体需要的力F=G物-F浮=750N-300N=450N.

（2）①物体上升的速度v=st=50m150s=0.2m/s.

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

【点评】此题考查浮力的计算，函数图像在物理问题中的应用.

例题4 （2018·扬州）智能机器人目前已能够为人类在很多方面进行高效率、高精准度的服务，在图书馆领域，机器人可以辅助或替代图书馆员的工作，提供整理图书、读者咨询等服务.下表是某智能机器人图书馆员“小i”（如图4甲）的部分参数.

参数名称电源电压/V最大负重/kg提升重物

最大高度/m机器人车轮直径/cm充电功率/W

数据48200.6102.5

（1）读者与“小i”对话，咨询某图书所在的位置，“小i”需将读者的声音信号转化为电流信号，这与（填“发电机”或“电动机”）的原理相同.

（2）在阳光充足的时候，“小i”可以通过将能转化为电能的方式实现无线充电.

（3）“小i”也提供无线上网服务，它与互联网之间通过来传递信息.

（4）“小i”每天需将1944kg图书从借阅处分批搬回书架上，每次放回需将图书提高0.5m，则每天搬书上书架做功J，若充电效率为90%，则每天应至少充电 h.（g取10N/kg）

（5）如图乙所示为“小i”承受图书重力的过载保护电路原理图，图中R为压力传感器，阻值随所受压力变化图像如图丙所示，图乙触发器的电阻忽略不计，通过的电流超过0.5A时就触发电动机停止工作，放弃执行搬书指令，以免“小i”受损伤.因此为保护“小i”，电阻箱R0的阻值至少应为Ω;“小i”长时间工作后，为减轻其最大负重，应将电阻箱R0的阻值适当（填“增大”或“减小”）.

（6）图书馆管理人员发现，“小i”经过斜面时，爬坡打滑爬不上去，在不改变智能机器人硬件情况下，为了让“小i”能爬坡，可采用的方法是①，②.

【分析】（1）闭合电路的部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中就会产生电流，发电机就是根据这一原理制成的.（2）太阳能电池板将太阳能转化为电能.（3）电磁波的传播不需要介质，可以在真空中传播.（4）根据W=Gh=mgh求出“小i”每天搬书上书架做功;然后求出充电存储的电能，再利用P=Wt求出充电时间.（5）根据表格中的数据先求出“小i”承受的最大压力，由图丙可知此时压力传感器的阻值，利用欧姆定律和串联电路电阻的特点求出电阻箱R0接入的最小阻值;由于电源电压和触发电动机停止工作的电流不变，即电路总电阻不变，要减轻“小i”的最大负重，即减小其承受的压力，从而知道压力传器的阻值的变化，利用串联电路电阻特点求出电阻箱R0的阻值的变化.（6）“小i”經过斜面时，爬坡打滑爬不上去，说明所受的阻力较大，在不改变智能机器人硬件情况下，可以从减小阻力进行分析.

【解答】（1）读者与“小i”对话，声音使膜片振动，使线圈在磁场中做切割磁感线运动，产生感应电流，即将读者的声音信号转化为电流信号，这是电磁感应现象，与发电机的原理相同.

（2）在阳光充足的时候，“小i”的太阳能电池板可以将太阳能转化为电能的方式实现无线充电.

（3）“小i”提供无线上网服务，则它与互联网之间通过电磁波来传递信息.

（4）“小i”每天搬书上书架做功W=Gh=mgh=1944kg×10N/kg×0.5m=9720J.

由η=WW电得，充电存储的电能W电=Wη=10800J.

由P=Wt得，充电时间t=10800J2.5W=4320s=1.2h.

（5）“小i”承受的最大压力F=G=mg=20kg×10N/kg=200N，由图丙可知，当F=200N时，压力传感器的阻值R=15Ω，由I=UR，得电路总电阻R总=UI=48V0.5A=96Ω，电阻箱R0接入的最小阻值R0=R总-R=96Ω-15Ω=81Ω.

由于电源电压和触发电动机停止工作的电流不变，根据R总=UI可知，电路总电阻不变，要减轻“小i”的最大负重，即减小其承受的压力，则压力传感器的阻值将增大，所以，应将电阻箱R0的阻值适当减小.

（6）“小i”经过斜面时，爬坡打滑爬不上去，说明所受的阻力较大，在不改变智能机器人硬件情况下，即动力不变，为了让“小i””能爬坡，需要减小阻力，可采用的方法是：①减小斜面的倾斜程度;②减小最大负重.

【答案】（1）发电机（2）太阳（3）电磁波（4）97201.2 （5）81减小（6）①减小斜面的倾斜程度;②减小最大负重

【点评】本题以智能机器人为背景，涉及的知识点较多，关键是从题干中获取有用的信息，熟练运用相关知识即可正确解题，虽综合性强，但难度不大.