Question

【題目】如圖所示為某品牌四旋翼無人機(jī)，該無人機(jī)具有一鍵起降和返航、空中懸停、高清拍攝、GPS定位等功能，下表是該無人的部分參數(shù)：

整機(jī)質(zhì)量	2kg	電池額定電壓	15V
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

在某次火災(zāi)中，該無人機(jī)參與火情的勘測(cè)，它先以最大速度勻速直線上升，且達(dá)到60m高處時(shí)，再以最大速度水平勻速直線飛行到達(dá)1.6km遠(yuǎn)處的火場(chǎng)上空。若無人機(jī)整個(gè)過程四個(gè)電動(dòng)機(jī)同時(shí)工作，電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率為90%，假設(shè)無人機(jī)以最大速度勻速直線上升時(shí)，受到的阻力大小為10N，通過計(jì)算回答下列問題：（g取10N/kg）

（1）無人機(jī)從起飛到火場(chǎng)上空，這一過程共耗時(shí)多少秒？

（2）無人機(jī)到達(dá)火場(chǎng)上空后，懸停觀測(cè)10分鐘，則10分鐘內(nèi)電動(dòng)機(jī)消耗多少電能？

（3）無人機(jī)以最大速度勻速直線上升60m，這個(gè)過程中消耗多少電能？

Answer 1

【答案】（1）110s（2）1.2×105J（3）2000J

【解析】

（1）利用s=vt求出勻速上升需要時(shí)間、水平勻速直線飛行時(shí)間，進(jìn)而求出起飛到到達(dá)火場(chǎng)需要時(shí)間；
（2）求出懸停時(shí)電動(dòng)機(jī)總功率（4個(gè)電動(dòng)機(jī)），利用W=Pt求懸停時(shí)消耗電能；
（3）無人機(jī)上升過程的升力等于重力加上阻力，利用W=Fs求升力做的有用功，利用效率的公式求消耗的電能。

（1）勻速上升需要的時(shí)間：，

水平勻速直線飛行的時(shí)間：，

無人機(jī)從起飛到火場(chǎng)上空，這一過程共耗時(shí)：t=t1+t2=10s+100s=110s；

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

懸停時(shí)消耗電能：W=Pt=200W×10×60s=1.2×105J；

（3）無人機(jī)勻速上升過程的升力：F=G+f=mg+f=2kg×10N/kg+10N=30N，

做的有用功：W有用=Fh=30N×60m=1800J，

消耗的電能：。