题目内容
【题目】据报道某列车遭遇特大沙尘暴，列车从第1节车厢到第11节车厢相继被吹翻。某研究小组为探索沙尘暴的威力，进行了模拟研究。如图为测定沙尘暴风力的实验装置图，其中AB是一段水平放置的长为L的光滑均匀电阻丝，电阻丝阻值较大，一质量和电阻都不计的细长金属丝一端固定于O点，另一端悬挂球P，无风时细金属丝竖直，恰与电阻丝在B点接触，有风时细金属丝将偏离竖直方向，细金属丝与电阻丝始终保持良好的导电接触。研究小组的同学对此装置分析中，知道金属球单位面积上所受到的水平风力大小与电压表的读数成正比，空气密度为1.3kg/m3，沙的密度为2.5×103kg/m3.他们对决定金属球单位面积上所受到的风力大小的因素，进行了如下的实验研究：
表1：含沙量相同，不同风速下电压表的示数
风速（m/s） | 5 | 10 | 15 | 20 |
电压表示数（V） | 0.6 | 2.4 | 5.4 | 9.6 |
表2：风速大小相同，不同含沙量下电压表的示数
含沙量（kg/m3） | 2.2 | 3.3 | 4.4 | 5.5 |
电压表示数（V） | 3.4 | 4.6 | 5.8 | 7.0 |
(1)上述实验装置中，当无风时电压表示数为______V；有风时，电路中的电流将______（选填“变大”、“变小”或“不变”）。本次实验他们采用的研究方法是______；
(2)由上述数据可得，单位面积风力与风速、含沙量之间有何定量关系（______）
A.与风速成正比、与含沙量成正比
B.与风速成一次函数关系、与含沙量成反比
C.与风速的平方成正比、与含沙量成正比
D.与风速成反比、与含沙量成反比
(3)若车厢的纵向截面为一长方形（如图），车厢的高度h为3m，铁轨间距d为1.5m，车厢质量m为50t，风力方向如图所示，则吹翻车厢的风力为多大______？若车厢的长度为l，沙尘暴是空气含沙量为ρ，(2)中所列式子的系数为k，请用题中所给的符号写出此时风速的表达式______。
【答案】0 不变 控制变量法 C 
【解析】
(1)[1]由图可知，无风时，电压表测量导线两端电压，所以电压表的示数为0。
[2][3]有风时，接入电路中的电阻不变，只改变了电压表两个接线柱之间的电阻，电压表的示数变化，而电源电压不变，所以电路中电流不变，则本次实验他们采用的研究方法是控制变量法。
(2)[4]分析数据可看出风速每增加5m/s，电压表的示数增加量分别是1.8V、3V、4.2V，也就是说，在这里，风速和压力并不是呈一次函数关系，可以假设一个方程，即
把表中实验数据代入表达式，解得
a=0，b=0.024，c=0，d=0
即U=0.024v2；分析含沙量与电压表示数的数据，含沙量每增加1.1kg/m3，电压增量即为1.2V，也就是说，含沙量与压力成正比。
故选C。
(3)[5][6]车厢可以看做杠杆，由杠杆平衡条件得
则风力为
风力越大，导线的偏移量与电压成正比，单位面积所受压力即压强，则
，则风力为
则风速的表达式为
【题目】为了控制疫情，全国很多地方实行疫区封闭管理，并使用无人机进行常态化安全巡查。如图所示，是正在巡查的无人机。无人机起飞前，放在地面上时要确保“四脚”着地；启动后，利用遥控器可控制它运动和工作。无人机的部分参数如表。（g 取 10N/kg）求：
机身质量kg | 24 | “四脚”着地的总面积/cm2 | 10 |
电池充满电后储存电能/J | 36000 | 最大水平速度/ (m/s) | 5 |
机身尺寸/mm | 400×300×200 | 最大上升速度/ (m/s) | 1 |
(1)无人机停放在水平地面上时对地面的压强是多少？
(2)无人机从地面飞到离地30m 高处，再以最大水平速度匀速水平飞行20m，此过程中 重力做的功是多少？
(3)无人机充满电后在水平方向上以最大速度匀速飞行时一次可飞行5km，且电能转化为 机械能的效率为60%，求无人机以最大水平速度沿水平方向匀速飞行过程中受到的推力是多少？