Question

4．近年來(lái)，多旋翼無(wú)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(wú)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(wú)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(wú)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	5000mA•h
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(shuō)法中不正確的是D
A．遙控?zé)o人機(jī)、衛(wèi)星定位都是通過電磁波來(lái)傳遞信息的B．無(wú)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(wú)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(wú)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(lái)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)的連接方式是串聯(lián)（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4：1．
（3）在電池滿容量的情況下，該無(wú)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(wú)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(wú)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(wú)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(wú)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(wú)人機(jī)完成懸停觀測(cè)后，能否安全返回？

Answer 1

分析 （1）①電磁波可以在真空中傳播，聲音的傳播需要介質(zhì)，不能在真空中傳播；
②力是物體對(duì)物體的作用，物體間力的作用是相互的；
③凸透鏡成實(shí)像時(shí)，根據(jù)“物近像遠(yuǎn)像變大，物遠(yuǎn)像近像變小”即可判斷；
④電動(dòng)機(jī)工作時(shí)，消耗電能，將其轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；
（2）根據(jù)題意和串并聯(lián)電路的特點(diǎn)可判斷電動(dòng)機(jī)和電調(diào)的連接方式；
根據(jù)串聯(lián)電路電壓特點(diǎn)和P=UI求出電動(dòng)機(jī)和電調(diào)的功率之比．
（3）a、根據(jù)功的股數(shù)和效率公式求出上升過程中電動(dòng)機(jī)消耗電能，然后根據(jù)W=Pt求出懸停時(shí)電動(dòng)機(jī)消耗電能，進(jìn)而得出起飛到懸停結(jié)束電動(dòng)機(jī)共消耗電能；
根據(jù)W_{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)}求出電調(diào)消耗電能；
b、根據(jù)W_電池=UIt求出電池滿容量?jī)?chǔ)存的電能，進(jìn)而得出開始返回前能消耗最大電能，再與現(xiàn)已消耗電能進(jìn)行比較即可判斷無(wú)人機(jī)完成懸停觀測(cè)后能否安全返回．

解答 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(lái)傳遞信息的，故A正確；
B、四旋翼無(wú)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(wú)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(lái)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．
（3）a、上升過程做功：
W=Fs=（G+f）s=（mg+f）s=（2kg×10N/kg+10N）×60m=1800J，
由η=$\frac{{W}_{1}}{W}$×100%得，上升過程中電動(dòng)機(jī)消耗電能：
W₁=$\frac{W}{η}$=$\frac{1800J}{90%}$=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)}=$\frac{1}{4}$W_{電動(dòng)機(jī)}=$\frac{1}{4}$×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(wú)人機(jī)可以安全返回．
答：（1）D；（2）串；4：1；
（3）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(wú)人機(jī)完成懸停觀測(cè)后，能安全返回．

點(diǎn)評(píng) 本題是一道以多旋翼無(wú)人機(jī)為背景的信息給予題，涉及到的知識(shí)點(diǎn)較多，關(guān)鍵能從題干中獲取有用的信息，熟練運(yùn)用已學(xué)的知識(shí)即可正確解題，綜合性強(qiáng)，難度較大．