Question

【題目】智能機器人目前已能夠為人類在很多方面進行高效率、高精準度的服務，如圖甲所示為一種名為“小i”的圖書搬運機器人，圖乙為其工作過載報警、保護電路原理圖，工作電壓為48 V，R0為電阻箱，R為壓力傳感器，其阻值隨所受壓力的變化如圖丙所示，當通過觸發器的電流超過0.5 A時就觸發警報，同時電動機停止工作。已知該機器人的最大負重為20 kg，觸發器的電阻忽略不計，g取10 N/kg。試問：

(1)讀者與“小i”對話，咨詢某圖書所在的位置，“小i”需將讀者的聲音信號轉化為電流信號，其原理是________。

(2)為保護“小i”，電阻箱R0的阻值至少為______________。（g取10 N/kg）

(3)“小i”每天需將1 944 kg圖書從借閱處分批搬回書架上，每次放回需將圖書提高0.5 m，搬書時能量轉化效率為90%，則完成每天搬書上架任務需要消耗的電能是______________。

(4)為了使“小i”更好地工作，設計人員計劃降低機器人報警負重，應將電阻箱R0的阻值______________調整，并簡要說明理由______________。

Answer 1

【答案】電磁感應 81 Ω 1.08×104 J 應適當減小電阻箱R0的阻值 詳見解析

【解析】

(1)[1]“小i”將讀者的聲音信號轉化為電流信號，即將機械能轉化為電能，其原理是電磁感應。

(2)[2]機器人受的最大壓力

F＝G＝mg＝20 kg×10 N/kg＝200 N

由圖丙可知，當F＝200 N時，壓力傳感器的阻值R＝15 Ω。由I＝得，電路總電阻

R總＝＝＝96 Ω

電阻箱R0接入的最小阻值

R0＝R總－R＝96 Ω－15 Ω＝81 Ω

(3)[3]機器人對書做的功

W＝Fs＝Gh＝m書gh＝1 944 kg×10 N/kg×0.5 m＝9.72×103 J

由η＝×100%得消耗的電能

W電＝＝1.08×104 J

(4)[4][5]由于電源電壓和觸發器停止工作的電流不變，根據R總＝可知，報警時電路總電阻不變，若降低報警負重，則報警時壓力傳感器R所受的壓力變小，由圖丙可知其阻值增大，所以根據串聯電路電阻規律，應將電阻箱R0的阻值適當減小。