11.探究“杠杆的平衡条件”在家务中的应用——用筷子夹菜。

(1)实验前,应调节杠杆两端的平衡螺母,使杠杆在位置平衡,目的是。
(2)用筷子夹起一块重2 N的菜,手对筷子的动力$F_1=5\ \mathrm{N}$,动力臂$l_1=2\ \mathrm{cm}$,则阻力臂$l_2=$cm。(不计筷子自重)
(3)实验发现,筷子属于杠杆,使用时虽然费力,但可以。
(4)请你再列举一个家务中利用杠杆原理的工具,并说明其类型:。

11.(1)水平 便于测量力臂 (2)5
(3)费力 省距离 (4)开瓶器,省力杠杆(合理即可)
[(1)杠杆在水平位置平衡时,力臂与杠杆重合,可直接测量力臂的长度;
(2)根据杠杆平衡条件 $F_1 l_1=F_2 l_2$,可得 $l_2=\frac{F_1 l_1}{l_2}=\frac{5\ \mathrm{N} × 2\ \mathrm{cm}}{2\ \mathrm{N}}=5\ \mathrm{cm}$;
(3)正常使用筷子时,筷子的动力臂小于阻力臂,是费力杠杆,费力杠杆的特点是省距离;
(4)示例:开瓶器,省力杠杆(动力臂大于阻力臂);镊子,费力杠杆(动力臂小于阻力臂)。]

12. 阅读短文，回答问题。
智能扫地机器人的“家务秘籍”
智能扫地机器人已成为很多家庭的“家务好帮手”，它凭借精准的导航和高效的清洁能力，解放了人们的双手。扫地机器人的机身底部装有多个传感器，能检测地面障碍物和清洁区域，其驱动轮采用橡胶材质，表面有防滑纹路，确保它在不同地面上都能稳定行驶。
扫地机器人的清洁系统包含旋转毛刷和吸尘装置。旋转毛刷高速旋转时，利用流体流速与压强的关系，将地面灰尘“扫”向吸尘口；吸尘装置内的电机带动风扇转动，使吸尘口处的气压减小，灰尘在大气压的作用下被吸入集尘盒。部分高端型号还具备拖地功能，通过底部的水箱均匀渗水，配合拖布擦拭地面，实现“扫拖一体”。
扫地机器人的总质量约3 kg，若匀速直线行驶，1 min可行驶6 m，充满电后可连续工作1.5 h，能清洁约100 m²的地面。
(1)扫地机器人驱动轮表面的防滑纹路是为了；旋转毛刷高速旋转时，吸尘口处的气压（选填“大于”“小于”或“等于”）外界大气压。
(2)若扫地机器人在水平地面上匀速直线行驶时，受到的阻力为15 N，则其牵引力的功率为多少？（写出计算过程）
(3)结合短文和所学物理知识，谈谈智能扫地机器人的设计运用了哪些物理原理？（至少写出3点）
(4)请你设计一个开放性实验，探究“扫地机器人的清洁效果与行驶速度的关系”，写出实验方案（包括实验器材、实验步骤、现象与结论）。

12.(1)增大摩擦 小于 (2)1.5 W
(3)①驱动轮防滑纹路——增大摩擦力;②吸尘装置——流体压强与流速关系;③传感器检测障碍物——力的作用效果 (4)见解析
[(1)防滑纹路通过增大接触面的粗糙程度,增大摩擦;旋转毛刷高带旋转时,吸尘口处气压减小,灰尘在大气压的作用下被吸入;
(2)扫地机器人匀速行驶时,牵引力 $F=f=15\ \mathrm{N}$(二力平衡),
扫地机器人1 min行驶6 m,则 $v=\frac{s}{t}=\frac{6\ \mathrm{m}}{60\ \mathrm{s}}=0.1\ \mathrm{m/s}$,
其牵引力的功率 $P=Fv=15\ \mathrm{N} × 0.1\ \mathrm{m/s}=1.5\ \mathrm{W}$;
(3)示例:①驱动轮防滑纹路——增大摩擦力;
②吸尘装置——流体压强与流速关系(流速大的地方压强小);
③传感器检测障碍物——力的作用效果(接触时产生压力,被传感器感知);
(4)【实验器材】
智能扫地机器人、水平瓷砖地面、等量的干燥灰尘、刻度尺、秒表。
【实验步骤】
①在水平瓷砖地面上均匀撒上50 g的干燥灰尘;
②让扫地机器人以低速(标注"低速挡")行驶,记录清洁完1 m²地面的时间$t_1$,观察并记录剩余灰尘量;
③清理地面残留灰尘,重复步骤①,让机器人以中速行驶,记录清洁1 m²地面的时间$t_2$和剩余灰尘量;
④再次重复步骤①,让机器人以高速行驶,记录清洁1 m²地面的时间$t_3$和剩余灰尘量;
⑤比较三次实验的剩余灰尘量。
【现象与结论】
若低速行驶时剩余灰尘量最少,高速时最多,说明行驶速度越慢,清洁效果越好;反之则说明速度越快,清洁效果越好;若剩余灰尘量相近,则说明清洁效果与行驶速度无关。]