全国青少年机器人等级考试(三级)试题含答案

全国青少年机器人等级考试(三级)试题含答案一、单项选择题（每题3分，共15分）1.某齿轮传动系统中，主动轮齿数为20，从动轮齿数为60，传动比为（）A.1:3B.3:1C.1:2D.2:12.以下哪种电路连接方式中，若其中一个用电器损坏，其他用电器仍能正常工作？（）A.串联电路B.并联电路C.混联电路D.分压电路3.光敏电阻的特性是（）A.光照越强，电阻越大B.光照越强，电阻越小C.温度越高，电阻越大D.温度越高，电阻越小4.以下哪种机械结构适合将旋转运动转换为直线运动？（）A.直齿轮B.蜗轮蜗杆C.曲柄连杆D.伞齿轮5.用Arduino编写程序时，若要让LED灯每隔1秒闪烁一次，应使用的函数是（）A.delay(100)B.delay(500)C.delay(1000)D.delay(2000)二、多项选择题（每题4分，共20分，少选得2分，错选不得分）6.以下属于费力杠杆的是（）A.镊子B.老虎钳C.钓鱼竿D.天平7.关于滑轮组的描述正确的是（）A.定滑轮能改变力的方向但不省力B.动滑轮能省力但不能改变力的方向C.滑轮组的省力倍数等于承担物重的绳子段数D.滑轮组的机械效率一定小于100%8.下列传感器中，属于输入型传感器的是（）A.温度传感器B.电机C.光敏传感器D.蜂鸣器9.电路中使用滑动变阻器的主要作用包括（）A.保护电路B.改变电路中的电流C.改变用电器两端电压D.增大电源电压10.关于机器人避障功能的实现，可能用到的传感器有（）A.超声波传感器B.红外传感器C.压力传感器D.温度传感器三、填空题（每空2分，共20分）11.齿轮传动中，两个相互啮合的齿轮旋转方向（）（填“相同”或“相反”）。12.串联电路中，总电压等于各用电器两端电压（）（填“之和”或“相等”）。13.一个电阻两端电压为6V，通过的电流为0.3A，则该电阻的阻值为（）Ω。14.曲柄连杆机构中，曲柄做（）运动，连杆做（）运动（填“旋转”或“往复直线”）。15.温度传感器DS18B20的输出信号类型是（）（填“模拟信号”或“数字信号”）。16.要使直流电机转速加快，可通过（）（填“增大”或“减小”）电机两端电压实现。17.光敏二极管在无光照时处于（）状态（填“导通”或“截止”）。四、简答题（共25分）18.（封闭型，8分）简述欧姆定律的内容及数学表达式，并说明其适用条件。19.（封闭型，9分）分析蜗轮蜗杆传动的特点（至少列出3个特点）。20.（开放型，8分）设计一个“光控小夜灯”系统，要求：当环境光线暗到一定程度时自动点亮，光线足够亮时自动熄灭。需要说明使用的主要元件、电路连接方式及工作原理。五、应用题（共20分）21.（计算类，7分）如图所示电路（注：假设图中电源电压为9V，R1=10Ω，R2=20Ω，滑动变阻器R3最大阻值为30Ω，当R3滑片移至中点时）：（1）求电路中的总电阻；（2）求通过R1的电流；（3）求R2两端的电压。22.（分析类，6分）某机器人采用双轮驱动，左电机转速为200转/分钟，右电机转速为150转/分钟（两电机转向相同）。分析该机器人的运动状态，并说明原因。23.（综合类，7分）设计一个“自动垃圾分类机器人”，要求能识别金属和非金屑物品（金属用电磁传感器检测），并将金属物品推送到左侧收纳箱，非金屑物品推送到右侧收纳箱。需详细描述：（1）机械结构设计；（2）传感器选择及连接方式；（3）控制程序的逻辑流程。答案及解析一、单项选择题1.答案：A解析：传动比=从动轮齿数/主动轮齿数=60/20=3，即主动轮转3圈从动轮转1圈，故传动比为1:3。2.答案：B解析：并联电路各支路独立，一个用电器损坏不影响其他支路。3.答案：B解析：光敏电阻是半导体材料，光照越强，自由电荷越多，电阻越小。4.答案：C解析：曲柄做旋转运动，通过连杆带动滑块做往复直线运动。5.答案：C解析：delay()函数参数单位为毫秒，1秒=1000毫秒。二、多项选择题6.答案：AC解析：费力杠杆特点是动力臂<阻力臂，镊子和钓鱼竿符合；老虎钳是省力杠杆，天平是等臂杠杆。7.答案：ABCD解析：定滑轮改变方向不省力，动滑轮省力不改变方向；滑轮组省力倍数等于承重绳段数；由于存在摩擦和动滑轮自重，机械效率<100%。8.答案：AC解析：输入型传感器将物理信号转换为电信号输入控制器，温度和光敏传感器属于此类；电机和蜂鸣器是输出设备。9.答案：ABC解析：滑动变阻器通过改变接入电阻改变电流和电压，同时可保护电路；不能改变电源电压。10.答案：AB解析：超声波和红外传感器可检测障碍物距离，压力传感器检测压力，温度传感器检测温度，后两者不用于避障。三、填空题11.相反12.之和13.20（R=U/I=6/0.3=20Ω）14.旋转；往复直线15.数字信号（DS18B20是单总线数字温度传感器）16.增大17.截止（无光照时反向电阻大，处于截止状态）四、简答题18.答案：内容：导体中的电流与导体两端的电压成正比，与导体的电阻成反比。表达式：I=U/R（I为电流，单位A；U为电压，单位V；R为电阻，单位Ω）。适用条件：纯电阻电路（如金属导体、定值电阻），且温度变化可忽略。19.答案：（1）传动比大：通常单级传动比可达30100，结构紧凑；（2）传动平稳：蜗杆齿是连续螺旋齿，啮合时冲击小、噪音低；（3）具有自锁性：当蜗杆导程角小于摩擦角时，只能蜗杆带动蜗轮，不能反向传动；（4）效率较低：啮合面滑动摩擦大，一般效率为0.70.95，自锁时低于0.5。20.答案（示例）：主要元件：光敏电阻（RG）、LED灯、三极管（或继电器）、电阻、电源（电池）、Arduino控制板。电路连接：光敏电阻与固定电阻串联后接电源，分压点连接Arduino模拟输入口（A0）；LED灯通过三极管驱动接数字输出口（D2）。工作原理：Arduino读取A0口电压值（反映光敏电阻阻值变化），当环境光线变暗时，RG阻值增大，A0电压升高，超过设定阈值（如2.5V）时，D2输出高电平，三极管导通，LED点亮；光线变亮时，RG阻值减小，A0电压降低，低于阈值时D2输出低电平，LED熄灭。五、应用题21.答案：（1）R3滑片在中点时阻值=30Ω/2=15Ω，R2与R3并联：R并=(20×15)/(20+15)=300/35≈8.57Ω总电阻R总=R1+R并=10+8.57=18.57Ω（2）总电流I总=U/R总=9/18.57≈0.485A（串联电路电流处处相等，通过R1的电流即总电流）（3）R2两端电压=I总×R并=0.485×8.57≈4.16V（并联电路各支路电压相等）22.答案：运动状态：机器人将向右转弯（顺时针转向）。原因：双轮驱动机器人转向由两轮转速差决定。左电机转速（200转/分钟）高于右电机（150转/分钟），左侧车轮线速度更快，右侧车轮线速度较慢，导致机器人向速度较慢的右侧偏转，形成顺时针转弯轨迹。23.答案（详细设计）：（1）机械结构：主体框架：采用铝合金或亚克力板材搭建，底部安装双轮驱动模块（直流电机+轮胎）；推送机构：前端安装可左右摆动的推杆（由舵机驱动，旋转角度0180°），推杆高度与物品高度匹配；收纳箱：在机器人左右两侧各固定一个开口向上的收纳箱（左侧用于金属，右侧用于非金属）。（2）传感器选择及连接：电磁传感器（如电感式接近开关）：安装在机器人前端，检测距离510cm，输出数字信号（检测到金属时输出高电平），连接Arduino数字输入口（D3）；电源模块：使用7.4V锂电池供电，通过稳压模块（如LM2596）为Arduino（5V）、电机（6V）、传感器（5V）供电；电机驱动：双轮电机通过L298N驱动板连接Arduino（控制引脚D4、D5控制左电机，D6、D7控制右电机）；舵机：推杆舵机信号线连接D8，电源线接5V，地线接GND。（3）控制程序逻辑流程（伪代码）：```voidsetup(){初始化串口、电机驱动、舵机角度（初始90°中位）；}voidloop(){机器人以低速前进（电机正转，PWM=100）；if(电磁传感器检测到金属信号（D3=HIGH）){停止前进（电机停止）；