Question

【題目】近年來，多旋翼無人機(jī)發(fā)展迅速．由于其機(jī)動(dòng)性和靈活性強(qiáng)，廣泛應(yīng)用在航拍領(lǐng)域、交通管理等方面．如圖所示為某品牌四旋翼無人機(jī)，它采用4個(gè)電機(jī)帶動(dòng)旋翼（螺旋槳）轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)下方空氣施力的同時(shí)獲得升力．該無人機(jī)設(shè)有一鍵起降和返航、空中懸停等功能，攜帶的攝像機(jī)可以進(jìn)行高清拍攝并實(shí)時(shí)把信號(hào)傳到遙控器顯示器，它還擁有GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)．下表是該無人機(jī)的部分參數(shù)：

整機(jī)質(zhì)量	2kg	電池額定電壓	15V
最大起飛海拔高度	5000m	電池容量	5000mAh
最大上升速度	6m/s	電動(dòng)機(jī)工作電壓	12V
最大下降速度	2m/s	懸停時(shí)每個(gè)電動(dòng)機(jī)功率	50W
最大水平速度	16m/s	電動(dòng)機(jī)數(shù)量	4

（1）根據(jù)上述內(nèi)容，下列說法中不正確的是
A.遙控?zé)o人機(jī)、衛(wèi)星定位都是通過電磁波來傳遞信息的
B.無人機(jī)利用了空氣對(duì)旋翼的反作用力從而獲得升力
C.無人機(jī)在拍攝地面圖象時(shí)減小懸停高度可以使圖象變大
D.無人機(jī)在懸停時(shí)不消耗電能
（2）電動(dòng)機(jī)在工作時(shí)要保持其兩端電壓為12V不變，通過電子調(diào)速器（簡(jiǎn)稱電調(diào)）來控制電動(dòng)機(jī)的電流從而改變電動(dòng)機(jī)的功率，每一個(gè)電動(dòng)機(jī)連接一個(gè)電調(diào)，那么電動(dòng)機(jī)和電調(diào)的連接方式是（選填“并聯(lián)”或“串聯(lián)”）；若電源電壓全部加在電動(dòng)機(jī)和電調(diào)的兩端，則電動(dòng)機(jī)和電調(diào)的功率之比為 ．
（3）在電池滿容量的情況下，該無人機(jī)參與某次火情的勘測(cè)時(shí)，需要從地面起飛，飛到火場(chǎng)上空60米高處，然后懸停觀測(cè)（整個(gè)過程四個(gè)電動(dòng)機(jī)同時(shí)工作）．由于無人機(jī)機(jī)動(dòng)性和靈活性強(qiáng)，這一過程可視為以最大速度勻速直線上升，且達(dá)到60米高處時(shí)立即靜止（懸停）．若無人機(jī)懸停觀測(cè)10分鐘，電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率為90%，無人機(jī)上升過程中所受的阻力為10N，通過計(jì)算回答下列問題：（g取10N/kg） a．從起飛到懸停結(jié)束，電動(dòng)機(jī)消耗多少電能？電調(diào)部分消耗多少電能？
b．若無人機(jī)從60米高處返回到地面，要求電池容量至少剩余10%，若不計(jì)其他能量損失，該無人機(jī)完成懸停觀測(cè)后，能否安全返回？

Answer 1

【答案】
（1）D
（2）串；4：1
（3）解：a、上升過程做功：

W=Fs=（G+f）s=（mg+f）s=（2kg×10N/kg+10N）×60m=1800J，

由η= ×100%得，上升過程中電動(dòng)機(jī)消耗電能：

W1= = =2000J，

懸停時(shí)電動(dòng)機(jī)總功率：P=50W×4=200W，

懸停時(shí)間t=10min=600s，

懸停時(shí)電動(dòng)機(jī)消耗電能：

W2=Pt=200W×600s=1.2×105J，

則起飛到懸停結(jié)束電動(dòng)機(jī)共消耗電能：

W電動(dòng)機(jī)=W1+W2=2000J+1.2×105J=122000J．

因?yàn)閃電動(dòng)機(jī)：W電調(diào)=P電動(dòng)機(jī)t：P電調(diào)t=P電動(dòng)機(jī)：P電調(diào)=4：1，

所以電調(diào)消耗電能：

W電調(diào)= W電動(dòng)機(jī)= ×122000J=30500J．

b、Q=5000mAh=5A×3600s

電池滿容量?jī)?chǔ)存的電能：

W電池=UIt=15V×5A×3600s=270000J，

開始返回前能消耗最大電能：

W=W電池（1﹣10%）=270000J×（1﹣10%）=243000J，

現(xiàn)已消耗電能：W′=W電動(dòng)機(jī)+W電調(diào)=122000J+30500J=152500J，

因?yàn)閃′＜W，所以無人機(jī)可以安全返回．

答：a．從起飛到懸停結(jié)束，電動(dòng)機(jī)消耗122000J電能；電調(diào)部分消耗30500J電能；

b．不計(jì)其他能量損失，該無人機(jī)完成懸停觀測(cè)后，能安全返回

【解析】解：（1）A、電磁波可以在真空中傳播，可以傳遞信息，遙控?zé)o人機(jī)、衛(wèi)星定位都是通過電磁波來傳遞信息的，故A正確； B、四旋翼無人機(jī)，當(dāng)電機(jī)帶動(dòng)旋翼（螺旋槳）轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)下方空氣施加向下的作用力，根據(jù)物體間力的作用是相互的，空氣對(duì)它施加向上的反作用力，即為升力，故B正確；
C、攝像機(jī)的鏡頭是凸透鏡，成倒立縮小的實(shí)像，當(dāng)拍攝地面圖象時(shí)減小懸停高度即物距減小，像距變大，所成的像也變大，故C正確；
D、無人機(jī)在懸停時(shí)電動(dòng)機(jī)仍在工作，每個(gè)電動(dòng)機(jī)功率為50W，仍要消耗電能，故D不正確．
故選：D．（2）由題意知，每一個(gè)電動(dòng)機(jī)連接一個(gè)電調(diào)，通過電子調(diào)速器（簡(jiǎn)稱電調(diào)）來控制電動(dòng)機(jī)的電流從而改變電動(dòng)機(jī)的功率，
故電動(dòng)機(jī)和電調(diào)的連接方式是串聯(lián)．
根據(jù)串聯(lián)電路電壓規(guī)律可知，電調(diào)兩端的電壓：
U電調(diào)=U﹣U電動(dòng)機(jī)=15V﹣12V=3V，
則電動(dòng)機(jī)和電調(diào)的電壓之比：
U電動(dòng)機(jī)：U電調(diào)=12V：3V=4：1，
由P=UI得，電動(dòng)機(jī)和電調(diào)的功率之比：
P電動(dòng)機(jī)：P電調(diào)=U電動(dòng)機(jī)I：U電調(diào)I=U電動(dòng)機(jī)：U電調(diào)=4：1．
【考點(diǎn)精析】本題主要考查了電功的計(jì)算的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，需要掌握電功計(jì)算公式：W=UIt（式中單位W→焦(J)；U→伏(V)；I→安(A)；t→秒）才能正確解答此題．