1. 太阳能发电具有清洁、可再生的优点,但也存在着依赖日照条件,储能技术不足等缺点.在跨学科实践课上,某物理小组的同学尝试设计一个以储能系统为核心的太阳能供电系统.
(1)能流图设计:如图(a),白天利用太阳能发电给用户端和储能系统供电,夜间储能系统自动给用户端供电.储能的方式很多,比较常见的是利用化学电池即蓄电池储存电能,如果采用这种方式储存电能,根据图(a)信息可知,白天蓄电池中发生的能量转化是.

(2)蓄水储能系统设计:
①设计原理:如图(b)是同学们设计的一种蓄水储能系统示意图.白天抽水机通电工作,利用大气压将水从低位水槽抽到高位水槽,此时自动阀门关闭,当达到设定水位时抽水机自动停止工作.夜间,自动阀门开启,水流向低位水槽,在水流的冲击下对发电系统做功,发电机将机械能转化为电能供给用户；

②设计参数:

请根据表格中的参数要求,推算出图(b)中高位水槽距离发电机的高度h应不低于m;(g取10 N/kg)
③交流反思:同学们经过讨论,发现图(b)的方案中存在一处设计错误,请指出:.
(3)自动阀门设计:如图(c)是自动阀门的结构设计及控制电路,其中R为光敏电阻.当光照强度减少到设定值时,电磁铁磁性增强,吸引衔铁向上移动,使阀孔打开,水流出高位水槽.

①若实现上述功能,光敏电阻的阻值应随光照强度的增大而;当阀门中弹簧的弹性形变变大时,弹簧的弹性势能;
②若要实现在光照强度更低时开启自动阀门,可以将电路中滑动变阻器Rₚ的滑片P向适当调节.

1.(1)电能转化为化学能　(2)②36　③h远大于10m,抽水机无法将低位水槽的水抽上去　(3)①增大　变大②右
解析:(1)根据能流图可知，白天太阳能转化为电能给储能系统储能，蓄电池在储能过程中是将电能转化为蓄电池内部的化学能存储起来.
(2)②根据蓄水储能示意图与设计原理信息，夜间水流冲击发电机发电时，是将水的重力势能转化为发电机转动的机械能再转化为电能，根据表格信息发电效率η = 80%，所以水流下降重力做的功有80%转化为电能，所以高位水槽到发电机的高度h = $\frac{W_电}{\eta mg}$ = $\frac{8 × 3.6 × 10^6 J}{80\% × 100 × 10^3 kg × 10 N/kg}$ = 36m.
③h远大于10m,抽水机无法将低位水槽的水抽上去，应该将真空抽水泵改为潜水泵.
(3)①根据题目信息当光照强度减少到设定值时，电磁铁磁性增强，吸引衔铁向上移动，使阀孔打开，水流出高位水槽，电路是串联电路且电磁铁磁性与电流大小有关，故光照强度减少时，电磁铁磁性增强说明电路的电流增大，根据I = $\frac{U}{R}$且电源电压不变，可知电路总电阻要减小，根据串联电阻规律，$R_p$不变，光敏电阻R要减小，所以光敏电阻的阻值应随光照强度的减小而减小，随光照强度的增大而增大.弹簧的弹性势能与弹性形变的程度有关，弹性形变变大，弹性势能变大.
②根据题目信息，电磁铁磁性增强到某一值，吸引衔铁向上，打开阀门开始工作，电磁铁磁性强弱与电流大小有关，说明开始工作时电磁铁磁性强弱一定，此时电路中的电流大小也是固定的，又因为电路中$R_p$与R串联，根据欧姆定律I = $\frac{U}{R_p + R}$，电源电压不变，当光照强度更低时R会减小，要保证I不变，总电阻不变，即$R_p$要增大，故滑片P向右移动.

2. 跨学科实践项目:智能分拣机器人!
云云喜欢网购,因为每次网购后,快递很快就邮递到家啦,方便又快捷.每天那么多快件在各地分拣运输,快递公司是怎么提高包裹分拣效率的呢？云云对此展开探究:
原来快递界出现了智能分拣机器人——小黄人.该机器人主要由动力系统、分拣系统和控制电路组成.动力系统由电动机驱动,分拣系统通过机械臂完成包裹的抓取和放置,控制电路则根据包裹的信息控制机器人的运动和分拣动作.
【活动目的】智能分拣机器人优化设计
【实施过程】
(一)工作原理探究
小黄人工作时能通过看地面上粘贴的二维码给自己定位和认路.当派件员将快件放在托盘上,小黄人会在一秒内迅速扫码识别信息,读取出其位置译码和目的地信息,每个地址对应不同的下落口,每个下落口对应一个地级市.小黄人依照后台计算生成的结果,规划好机器人要走的路线,实现对包裹路径信息的追踪记录,真正实现了扫码、称重、分拣功能三合一.据悉,1个机器人,可实现1小时内分拣50个快件的作业总量.


(1)匀速转弯过程中小黄人处于(填“平衡”或“非平衡”)状态.
(2)如表所示是小黄人铭牌上的部分参数.电池容量4000 mA·h是指当工作电流为4000 mA时,能持续供电1 h.若充满电后,所有电能用于正常工作,则可供机器人持续正常工作h.

(3)如图丙所示,小黄人设有自动充电功能,当检测到电池容量低至10%时会自动返回充电,则充电过程中,电池相当于(填“电源”或“用电器”).若返回过程中受到的阻力为36 N,为确保机器人能顺利返回充电,需要充电时,机器人离充电座不能超过m.(剩余电池容量的40%用于提供克服阻力做功)
(二)模拟电路设计
云云为深入了解快件分拣识别原理,查找资料并设计了如图丁所示的快件分拣识别电路:快件信息由通过两个敏感电阻的电流决定.即扫描条形码后,根据光敏电阻R₁反映的信息识别快件需要运送到的区域,根据压敏电阻R₂反映的信息识别快件需要放置的位置.


已知电源电压为6 V,电流表允许通过的最大电流为0.9 A,压敏电阻的阻值随压力的变化关系如图戊所示,光敏电阻R₁扫码前和扫码后对应区域的阻值如下表所示,g取10 N/kg.

(4)分析上述图表可知,扫码前通过R₁的电流是A.
(5)分拣机器人最多能将N重的快件投送到D区域.
(三)优化控制电路
(6)虽然小黄人分拣机器人有自动充电功能,但是此功能并不是百分之百有效,偶尔需要人为操作.为保证能够返回充电,有效续航,云云在机器人内部设计了电量提醒控制电路.请你将设计电路(图己)补充完整,要求当电量充足时(闭合开关S),红灯亮,电量不足时,绿灯亮.

2.(1)非平衡　(2)2　(3)用电器　240　(4)0.6　(5)90
(6)如图所示

解析:(1)匀速转弯过程中小黄人运动方向时刻发生改变，因此处于非平衡状态.
(2)电池的电能为W = UIt = 15V × 4000 × 10⁻³A × 1 × 3600s = 216000J，可供机器人持续正常工作的时间为t = $\frac{W}{P}$ = $\frac{216000J}{30W}$ = 7200s = 2h.
(3)充电过程中，电池消耗电能，相当于电路中的用电器.剩余电池容量的40%用于提供克服阻力做功，则供克服阻力做功的能量为W' = W × 10% × 40% = 216000J × 10% × 40% = 8640J，机器人离充电座不能超过的距离为s = $\frac{W'}{F}$ = $\frac{8640J}{36N}$ = 240m.
(4)扫码前通过$R_1$的电流是$I_1$ = $\frac{U}{R_1}$ = $\frac{6V}{10\Omega}$ = 0.6A.
(5)由于电流表允许通过的最大电流为0.9A，快件投送到D区域$R_1$的阻值为20Ω，则通过$R_1$的电流是$I_1'$ = $\frac{U}{R_1'}$ = $\frac{6V}{20\Omega}$ = 0.3A，通过$R_2$的最大电流为$I_2$ = I - $I_1'$ = 0.9A - 0.3A = 0.6A，$R_2$的阻值为$R_2$ = $\frac{U}{I_2}$ = $\frac{6V}{0.6A}$ = 10Ω，据图戊可知，分拣机器人最多能将90N重的快件投送到D区域.
(6)根据题意，当电量充足时电路中的电流大，电磁铁的磁性强，衔铁被吸下，动触点与下方触点接触，红灯亮；电量不足时，电路中的电流小，电磁铁的磁性弱，衔铁与上触点接触，绿灯亮.