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20. 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.如下表是某智
能机器人图书馆员“小ⅰ”(如图甲)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 48 12.5 0.6 10 2.5
(1)在阳光充足的时候，“小ⅰ”可以通过将
(2)“小ⅰ”每天需将$1944\mathrm{ kg}$图书分批搬回书架上，每次放回需将图书提高$0.5\mathrm{ m}$，则每天
搬书上书架做功
$10\mathrm{ N/kg}$)
(3)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$0.5\mathrm{ A}$
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$R_0$的阻值至少应为
电阻箱$R_0$的阻值适当
(4)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，可采用的方法之一是
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.如下表是某智
能机器人图书馆员“小ⅰ”(如图甲)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 48 12.5 0.6 10 2.5
(1)在阳光充足的时候，“小ⅰ”可以通过将
太阳
能转化为电能的方式实现无线充电.(2)“小ⅰ”每天需将$1944\mathrm{ kg}$图书分批搬回书架上，每次放回需将图书提高$0.5\mathrm{ m}$，则每天
搬书上书架做功
9720
$\mathrm{J}$.若充电效率为$90\%$，则每天应至少充电1.2
$\mathrm{ h}$.($g$取$10\mathrm{ N/kg}$)
(3)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$0.5\mathrm{ A}$
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$R_0$的阻值至少应为
81
$\Omega$；“小ⅰ”长时间工作后，为减轻其最大负重，应将电阻箱$R_0$的阻值适当
减小
(选填“增大”或“减小”).(4)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，可采用的方法之一是
减小斜面的倾斜程度(合理即可)
.答案
太阳
9720
1.2
81
减小
减小斜面的倾斜程度(合理即可)
9720
1.2
81
减小
减小斜面的倾斜程度(合理即可)
解析
【分析】
1. 第(1)问：阳光充足时的无线充电是利用太阳能转化为电能，这是常见的清洁能源能量转化形式。
2. 第(2)问：搬书做功属于克服重力做功，可直接用公式$W=Gh=mgh$计算；充电效率反映有用功与消耗电能的比例，先根据效率公式求出所需电能，再结合电功率公式$P=\frac{W}{t}$变形计算充电时间，注意单位换算。
3. 第(3)问：先计算最大负重对应的压力，根据欧姆定律求出电路总电阻，结合压力传感器的阻值变化规律算出电阻箱的最小阻值；若要减轻最大负重，即较小压力就触发电动机停止，此时压力传感器阻值变大，为保持总电阻不变，电阻箱阻值需相应调整。
4. 第(4)问：爬坡打滑是因为摩擦力不足，在不改变硬件的前提下，可通过增大摩擦力的方法解决，比如减小斜面倾斜程度来增大压力，或增大接触面粗糙程度等。
【解析】
(1) 阳光充足时，“小ⅰ”通过将太阳能转化为电能实现无线充电，故填太阳。
(2) 每天搬书做功：
$W = Gh = mgh = 1944\mathrm{kg} × 10\mathrm{N/kg} × 0.5\mathrm{m} = 9720\mathrm{J}$
已知充电效率$\eta=90\%$，则消耗的电能：
$W_{\mathrm{电}} = \frac{W}{\eta} = \frac{9720\mathrm{J}}{90\%} = 10800\mathrm{J}$
由$P = \frac{W}{t}$得充电时间：
$t = \frac{W_{\mathrm{电}}}{P} = \frac{10800\mathrm{J}}{2.5\mathrm{W}} = 4320\mathrm{s} = 1.2\mathrm{h}$
(3) 最大负重对应的压力：
$F = G_{\mathrm{max}} = m_{\mathrm{max}}g = 12.5\mathrm{kg} × 10\mathrm{N/kg} = 125\mathrm{N}$
由欧姆定律得电路总电阻：
$R_{\mathrm{总}} = \frac{U}{I} = \frac{48\mathrm{V}}{0.5\mathrm{A}} = 96\Omega$
结合压力传感器阻值随压力变化图像，当压力为125N时，压力传感器阻值$R=15\Omega$，则电阻箱最小阻值：
$R_0 = R_{\mathrm{总}} - R = 96\Omega - 15\Omega = 81\Omega$
若减轻最大负重，即较小压力就触发电动机停止，此时压力传感器阻值变大，为保持总电阻不变，电阻箱$R_0$的阻值应适当减小。
(4) 爬坡打滑是摩擦力不足，在不改变智能机器人硬件情况下，可采用减小斜面的倾斜程度的方法（增大机器人对斜面的压力，从而增大摩擦力）。
【答案】
(1) 太阳
(2) 9720；1.2
(3) 81；减小
(4) 减小斜面的倾斜程度(合理即可)
【知识点】
1. 能量转化
2. 功与电功率计算
3. 欧姆定律应用
【点评】
本题综合考查了能量转化、功和电功率的计算、欧姆定律的应用以及增大摩擦力的方法，知识点覆盖广，需要学生熟练掌握相关公式和物理原理，结合题目信息灵活分析解决问题。
【难度系数】
0.4
1. 第(1)问：阳光充足时的无线充电是利用太阳能转化为电能，这是常见的清洁能源能量转化形式。
2. 第(2)问：搬书做功属于克服重力做功，可直接用公式$W=Gh=mgh$计算；充电效率反映有用功与消耗电能的比例，先根据效率公式求出所需电能，再结合电功率公式$P=\frac{W}{t}$变形计算充电时间，注意单位换算。
3. 第(3)问：先计算最大负重对应的压力，根据欧姆定律求出电路总电阻，结合压力传感器的阻值变化规律算出电阻箱的最小阻值；若要减轻最大负重，即较小压力就触发电动机停止，此时压力传感器阻值变大，为保持总电阻不变，电阻箱阻值需相应调整。
4. 第(4)问：爬坡打滑是因为摩擦力不足，在不改变硬件的前提下，可通过增大摩擦力的方法解决，比如减小斜面倾斜程度来增大压力，或增大接触面粗糙程度等。
【解析】
(1) 阳光充足时，“小ⅰ”通过将太阳能转化为电能实现无线充电，故填太阳。
(2) 每天搬书做功：
$W = Gh = mgh = 1944\mathrm{kg} × 10\mathrm{N/kg} × 0.5\mathrm{m} = 9720\mathrm{J}$
已知充电效率$\eta=90\%$，则消耗的电能：
$W_{\mathrm{电}} = \frac{W}{\eta} = \frac{9720\mathrm{J}}{90\%} = 10800\mathrm{J}$
由$P = \frac{W}{t}$得充电时间：
$t = \frac{W_{\mathrm{电}}}{P} = \frac{10800\mathrm{J}}{2.5\mathrm{W}} = 4320\mathrm{s} = 1.2\mathrm{h}$
(3) 最大负重对应的压力：
$F = G_{\mathrm{max}} = m_{\mathrm{max}}g = 12.5\mathrm{kg} × 10\mathrm{N/kg} = 125\mathrm{N}$
由欧姆定律得电路总电阻：
$R_{\mathrm{总}} = \frac{U}{I} = \frac{48\mathrm{V}}{0.5\mathrm{A}} = 96\Omega$
结合压力传感器阻值随压力变化图像，当压力为125N时，压力传感器阻值$R=15\Omega$，则电阻箱最小阻值：
$R_0 = R_{\mathrm{总}} - R = 96\Omega - 15\Omega = 81\Omega$
若减轻最大负重，即较小压力就触发电动机停止，此时压力传感器阻值变大，为保持总电阻不变，电阻箱$R_0$的阻值应适当减小。
(4) 爬坡打滑是摩擦力不足，在不改变智能机器人硬件情况下，可采用减小斜面的倾斜程度的方法（增大机器人对斜面的压力，从而增大摩擦力）。
【答案】
(1) 太阳
(2) 9720；1.2
(3) 81；减小
(4) 减小斜面的倾斜程度(合理即可)
【知识点】
1. 能量转化
2. 功与电功率计算
3. 欧姆定律应用
【点评】
本题综合考查了能量转化、功和电功率的计算、欧姆定律的应用以及增大摩擦力的方法，知识点覆盖广，需要学生熟练掌握相关公式和物理原理，结合题目信息灵活分析解决问题。
【难度系数】
0.4
21. 1864年，英国青年物理学家麦克斯韦在研究了当时所发现的电磁现象的基础上，建立了
验证实了电磁波的存在.
电磁场
理论，并预言了电磁波的存在；1888年，德国青年物理学家赫兹
第一次用实验证实了电磁波的存在.
答案
电磁场
赫兹
赫兹
解析
【分析】
这道题属于物理史实类的基础填空题，解题思路是回忆电磁学发展历程中的关键人物及其核心贡献。首先明确麦克斯韦在研究电磁现象后建立的理论名称，再回忆是谁通过实验首次证实了电磁波的存在，只需准确对应人物与成就即可完成填空。
【解析】
根据电磁学发展的历史知识：1864年，麦克斯韦在研究电磁现象的基础上建立了电磁场理论，并预言了电磁波的存在；1888年，德国物理学家赫兹通过实验第一次证实了电磁波的存在。因此依次填入对应的内容即可。
【答案】
电磁场；赫兹
【知识点】
电磁学史；电磁波的预言与证实
【点评】
本题是基础识记类题目，重点考查学生对电磁学发展史上关键人物及其科学贡献的记忆，这类知识点需要学生准确牢记，是物理学科中常识性的内容。
【难度系数】
0.9
这道题属于物理史实类的基础填空题，解题思路是回忆电磁学发展历程中的关键人物及其核心贡献。首先明确麦克斯韦在研究电磁现象后建立的理论名称，再回忆是谁通过实验首次证实了电磁波的存在，只需准确对应人物与成就即可完成填空。
【解析】
根据电磁学发展的历史知识：1864年，麦克斯韦在研究电磁现象的基础上建立了电磁场理论，并预言了电磁波的存在；1888年，德国物理学家赫兹通过实验第一次证实了电磁波的存在。因此依次填入对应的内容即可。
【答案】
电磁场；赫兹
【知识点】
电磁学史；电磁波的预言与证实
【点评】
本题是基础识记类题目，重点考查学生对电磁学发展史上关键人物及其科学贡献的记忆，这类知识点需要学生准确牢记，是物理学科中常识性的内容。
【难度系数】
0.9
22. 如图所示是一款“运动手环”，其主要部分是一段内置有一小块磁铁的密闭空心塑料管，管
外缠绕着线圈.戴着这种手环走路时，塑料管跟着手一起运动，磁铁则在管内反复运动，线
圈中便会产生电流，液晶屏就会显示出运动步数.此过程利用了
数据还可以通过
外缠绕着线圈.戴着这种手环走路时，塑料管跟着手一起运动，磁铁则在管内反复运动，线
圈中便会产生电流，液晶屏就会显示出运动步数.此过程利用了
电磁感应
的原理，计步的数据还可以通过
电磁波
传送到手机上.答案
电磁感应
电磁波
电磁波
解析
【分析】
首先分析手环的工作过程：戴着手环走路时，磁铁在管内反复运动，管外的线圈切割磁感线，线圈中产生电流，这一过程是磁生电，符合电磁感应的原理；然后考虑数据传输方式，计步数据从手环无线传送到手机，是通过电磁波来实现的，因为电磁波可以在空气中传递信息，常见的蓝牙等无线传输技术都利用了电磁波。
【解析】
1. 当磁铁在管内反复运动时，线圈相对于磁场做切割磁感线运动，闭合的线圈中产生感应电流，这一过程利用了电磁感应的原理，电磁感应现象是指闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中会产生感应电流。
2. 计步数据的无线传输是通过电磁波来实现的，电磁波能够在空气中传播，可用于传递信息，手环与手机之间的无线数据传输通常利用电磁波。
【答案】
电磁感应；电磁波
【知识点】
电磁感应原理；电磁波的应用
【点评】
本题结合生活中的运动手环，将物理知识与实际应用相结合，考查电磁感应现象的判断以及电磁波在信息传递中的应用，需要学生将所学知识与生活场景联系起来，加深对物理知识的理解与应用。
【难度系数】
0.7
首先分析手环的工作过程：戴着手环走路时，磁铁在管内反复运动，管外的线圈切割磁感线，线圈中产生电流，这一过程是磁生电，符合电磁感应的原理；然后考虑数据传输方式，计步数据从手环无线传送到手机，是通过电磁波来实现的，因为电磁波可以在空气中传递信息，常见的蓝牙等无线传输技术都利用了电磁波。
【解析】
1. 当磁铁在管内反复运动时，线圈相对于磁场做切割磁感线运动，闭合的线圈中产生感应电流，这一过程利用了电磁感应的原理，电磁感应现象是指闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中会产生感应电流。
2. 计步数据的无线传输是通过电磁波来实现的，电磁波能够在空气中传播，可用于传递信息，手环与手机之间的无线数据传输通常利用电磁波。
【答案】
电磁感应；电磁波
【知识点】
电磁感应原理；电磁波的应用
【点评】
本题结合生活中的运动手环，将物理知识与实际应用相结合，考查电磁感应现象的判断以及电磁波在信息传递中的应用，需要学生将所学知识与生活场景联系起来，加深对物理知识的理解与应用。
【难度系数】
0.7
