Question

【題目】近年來，多旋翼無人機發展迅速．由于其機動性和靈活性強，廣泛應用在航拍領域、交通管理等方面．如圖所示為某品牌四旋翼無人機，它采用4個電機帶動旋翼（螺旋槳）轉動，對下方空氣施力的同時獲得升力．該無人機設有一鍵起降和返航、空中懸停等功能，攜帶的攝像機可以進行高清拍攝并實時把信號傳到遙控器顯示器，它還擁有GPS衛星定位系統．下表是該無人機的部分參數：

整機質量	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	電動機工作電壓	12V
最大下降速度	2m/s	懸停時每個電動機功率	50W
最大水平速度	16m/s	電動機數量	4

（1）根據上述內容，下列說法中不正確的是
A.遙控無人機、衛星定位都是通過電磁波來傳遞信息的
B.無人機利用了空氣對旋翼的反作用力從而獲得升力
C.無人機在拍攝地面圖象時減小懸停高度可以使圖象變大
D.無人機在懸停時不消耗電能
（2）電動機在工作時要保持其兩端電壓為12V不變，通過電子調速器（簡稱電調）來控制電動機的電流從而改變電動機的功率，每一個電動機連接一個電調，那么電動機和電調的連接方式是（選填“并聯”或“串聯”）；若電源電壓全部加在電動機和電調的兩端，則電動機和電調的功率之比為 ．
（3）在電池滿容量的情況下，該無人機參與某次火情的勘測時，需要從地面起飛，飛到火場上空60米高處，然后懸停觀測（整個過程四個電動機同時工作）．由于無人機機動性和靈活性強，這一過程可視為以最大速度勻速直線上升，且達到60米高處時立即靜止（懸停）．若無人機懸停觀測10分鐘，電動機將電能轉化為機械能的效率為90%，無人機上升過程中所受的阻力為10N，通過計算回答下列問題：（g取10N/kg） a．從起飛到懸停結束，電動機消耗多少電能？電調部分消耗多少電能？
b．若無人機從60米高處返回到地面，要求電池容量至少剩余10%，若不計其他能量損失，該無人機完成懸停觀測后，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，上升過程中電動機消耗電能：

W1= = =2000J，

懸停時電動機總功率：P=50W×4=200W，

懸停時間t=10min=600s，

懸停時電動機消耗電能：

W2=Pt=200W×600s=1.2×105J，

則起飛到懸停結束電動機共消耗電能：

W電動機=W1+W2=2000J+1.2×105J=122000J．

因為W電動機：W電調=P電動機t：P電調t=P電動機：P電調=4：1，

所以電調消耗電能：

W電調= W電動機= ×122000J=30500J．

b、Q=5000mAh=5A×3600s

電池滿容量儲存的電能：

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，

現已消耗電能：W′=W電動機+W電調=122000J+30500J=152500J，

因為W′＜W，所以無人機可以安全返回．

答：a．從起飛到懸停結束，電動機消耗122000J電能；電調部分消耗30500J電能；

b．不計其他能量損失，該無人機完成懸停觀測后，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，遙控無人機、衛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，當電機帶動旋翼（螺旋槳）轉動，對下方空氣施加向下的作用力，根據物體間力的作用是相互的，空氣對它施加向上的反作用力，即為升力，故B正確；
C、攝像機的鏡頭是凸透鏡，成倒立縮小的實像，當拍攝地面圖象時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、無人機在懸停時電動機仍在工作，每個電動機功率為50W，仍要消耗電能，故D不正確．
故選：D．（2）由題意知，每一個電動機連接一個電調，通過電子調速器（簡稱電調）來控制電動機的電流從而改變電動機的功率，
故電動機和電調的連接方式是串聯．
根據串聯電路電壓規律可知，電調兩端的電壓：
U電調=U﹣U電動機=15V﹣12V=3V，
則電動機和電調的電壓之比：
U電動機：U電調=12V：3V=4：1，
由P=UI得，電動機和電調的功率之比：
P電動機：P電調=U電動機I：U電調I=U電動機：U電調=4：1．
【考點精析】本題主要考查了電功的計算的相關知識點，需要掌握電功計算公式：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．