Question

【题目】近年来，多旋翼无人机发展迅速．由于其机动性和灵活性强，广泛应用在航拍领域、交通管理等方面．如图所示为某品牌四旋翼无人机，它采用4个电机带动旋翼（螺旋桨）转动，对下方空气施力的同时获得升力．该无人机设有一键起降和返航、空中悬停等功能，携带的摄像机可以进行高清拍摄并实时把信号传到遥控器显示器，它还拥有GPS卫星定位系统．下表是该无人机的部分参数：

整机质量	2kg	电池额定电压	15V
最大起飞海拔高度	5000m	电池容量	5000mAh
最大上升速度	6m/s	电动机工作电压	12V
最大下降速度	2m/s	悬停时每个电动机功率	50W
最大水平速度	16m/s	电动机数量	4

（1）根据上述内容，下列说法中不正确的是
A.遥控无人机、卫星定位都是通过电磁波来传递信息的
B.无人机利用了空气对旋翼的反作用力从而获得升力
C.无人机在拍摄地面图象时减小悬停高度可以使图象变大
D.无人机在悬停时不消耗电能
（2）电动机在工作时要保持其两端电压为12V不变，通过电子调速器（简称电调）来控制电动机的电流从而改变电动机的功率，每一个电动机连接一个电调，那么电动机和电调的连接方式是（选填“并联”或“串联”）；若电源电压全部加在电动机和电调的两端，则电动机和电调的功率之比为 ．
（3）在电池满容量的情况下，该无人机参与某次火情的勘测时，需要从地面起飞，飞到火场上空60米高处，然后悬停观测（整个过程四个电动机同时工作）．由于无人机机动性和灵活性强，这一过程可视为以最大速度匀速直线上升，且达到60米高处时立即静止（悬停）．若无人机悬停观测10分钟，电动机将电能转化为机械能的效率为90%，无人机上升过程中所受的阻力为10N，通过计算回答下列问题：（g取10N/kg） a．从起飞到悬停结束，电动机消耗多少电能？电调部分消耗多少电能？
b．若无人机从60米高处返回到地面，要求电池容量至少剩余10%，若不计其他能量损失，该无人机完成悬停观测后，能否安全返回？

Answer 1

【答案】
（1）D
（2）串；4：1
（3）解：a、上升过程做功：

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

由η= ×100%得，上升过程中电动机消耗电能：

W1= = =2000J，

悬停时电动机总功率：P=50W×4=200W，

悬停时间t=10min=600s，

悬停时电动机消耗电能：

W2=Pt=200W×600s=1.2×105J，

则起飞到悬停结束电动机共消耗电能：

W电动机=W1+W2=2000J+1.2×105J=122000J．

因为W电动机：W电调=P电动机t：P电调t=P电动机：P电调=4：1，

所以电调消耗电能：

W电调= W电动机= ×122000J=30500J．

b、Q=5000mAh=5A×3600s

电池满容量储存的电能：

W电池=UIt=15V×5A×3600s=270000J，

开始返回前能消耗最大电能：

W=W电池（1﹣10%）=270000J×（1﹣10%）=243000J，

现已消耗电能：W′=W电动机+W电调=122000J+30500J=152500J，

因为W′＜W，所以无人机可以安全返回．

答：a．从起飞到悬停结束，电动机消耗122000J电能；电调部分消耗30500J电能；

b．不计其他能量损失，该无人机完成悬停观测后，能安全返回

【解析】解：（1）A、电磁波可以在真空中传播，可以传递信息，遥控无人机、卫星定位都是通过电磁波来传递信息的，故A正确； B、四旋翼无人机，当电机带动旋翼（螺旋桨）转动，对下方空气施加向下的作用力，根据物体间力的作用是相互的，空气对它施加向上的反作用力，即为升力，故B正确；
C、摄像机的镜头是凸透镜，成倒立缩小的实像，当拍摄地面图象时减小悬停高度即物距减小，像距变大，所成的像也变大，故C正确；
D、无人机在悬停时电动机仍在工作，每个电动机功率为50W，仍要消耗电能，故D不正确．
故选：D．（2）由题意知，每一个电动机连接一个电调，通过电子调速器（简称电调）来控制电动机的电流从而改变电动机的功率，
故电动机和电调的连接方式是串联．
根据串联电路电压规律可知，电调两端的电压：
U电调=U﹣U电动机=15V﹣12V=3V，
则电动机和电调的电压之比：
U电动机：U电调=12V：3V=4：1，
由P=UI得，电动机和电调的功率之比：
P电动机：P电调=U电动机I：U电调I=U电动机：U电调=4：1．
【考点精析】本题主要考查了电功的计算的相关知识点，需要掌握电功计算公式：W=UIt（式中单位W→焦(J)；U→伏(V)；I→安(A)；t→秒）才能正确解答此题．