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无人机
无人驾驶飞机简称“无人机”,是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。机上无驾驶舱,但安装有自动驾驶仪、程序控制装置等设备。地面、舰艇上或母机遥控站人员通过雷达等设备,对其进行跟踪、定位、遥控、遥测和数字传输。可在无线电遥控下像普通飞机一样起飞或用助推火箭发射升空,也可由母机带到空中投放飞行。回收时,可用与普通飞机着陆过程一样的方式自动着陆,也可通过遥控用降落伞或拦网回收。可反复使用多次。广泛用于空中侦察、监视、通信、反潜、电子干扰等。不仅如此,无人机在日常生活中也得到充分地利用,大大便利了人们的生活。
如图所示的无人机质量为3kg,具有4个旋翼,可通过无线电进行操控。无人驾驶飞机在拍摄调查、无人配送等方面具有广阔的前景。($ g $取10N/kg)
(1)若图中的无人机在30s内匀速竖直上升120m进行空中拍摄,则此过程中动能______(选填“变大”“变小”或“不变”),无人机克服自身重力做功的功率是______W。
(2)若图中的无人机的电池可提供的最大电能为$ 2.5 × 10 ^ { 5 } $J,且电能的90%用于飞行,飞行时的功率为90W,则该无人机最多能飞行的时间是______s。
(3)外卖小哥使用该无人机从地面向高楼阳台送餐。已知外卖质量为0.6kg,无人机先以4m/s的速度径直上升10s,再水平匀速飞行30m到阳台,整个过程历时25s,则无人机水平飞行的速度为______m/s,整个过程中无人机对外卖做功的功率为______W。
(4)在农业领域,一架普通无人机携带农药,一天可完成600亩农田的农药喷洒任务,换作人工,则需要60人满负荷工作一整天。假定无人机喷洒的过程中是在同一高度匀速飞行,则在喷洒农药的过程中,无人机携带农药总的重力势能______,动能______。(均选填“变大”“变小”或“不变”)
无人机
无人驾驶飞机简称“无人机”,是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。机上无驾驶舱,但安装有自动驾驶仪、程序控制装置等设备。地面、舰艇上或母机遥控站人员通过雷达等设备,对其进行跟踪、定位、遥控、遥测和数字传输。可在无线电遥控下像普通飞机一样起飞或用助推火箭发射升空,也可由母机带到空中投放飞行。回收时,可用与普通飞机着陆过程一样的方式自动着陆,也可通过遥控用降落伞或拦网回收。可反复使用多次。广泛用于空中侦察、监视、通信、反潜、电子干扰等。不仅如此,无人机在日常生活中也得到充分地利用,大大便利了人们的生活。
如图所示的无人机质量为3kg,具有4个旋翼,可通过无线电进行操控。无人驾驶飞机在拍摄调查、无人配送等方面具有广阔的前景。($ g $取10N/kg)
(1)若图中的无人机在30s内匀速竖直上升120m进行空中拍摄,则此过程中动能______(选填“变大”“变小”或“不变”),无人机克服自身重力做功的功率是______W。
(2)若图中的无人机的电池可提供的最大电能为$ 2.5 × 10 ^ { 5 } $J,且电能的90%用于飞行,飞行时的功率为90W,则该无人机最多能飞行的时间是______s。
(3)外卖小哥使用该无人机从地面向高楼阳台送餐。已知外卖质量为0.6kg,无人机先以4m/s的速度径直上升10s,再水平匀速飞行30m到阳台,整个过程历时25s,则无人机水平飞行的速度为______m/s,整个过程中无人机对外卖做功的功率为______W。
(4)在农业领域,一架普通无人机携带农药,一天可完成600亩农田的农药喷洒任务,换作人工,则需要60人满负荷工作一整天。假定无人机喷洒的过程中是在同一高度匀速飞行,则在喷洒农药的过程中,无人机携带农药总的重力势能______,动能______。(均选填“变大”“变小”或“不变”)
答案
12.(1)不变;120;(2)2 500;(3)2;9.6;(4)变小;变小
【解析】(1)无人机匀速上升过程中,质量不变,速度不变,所以动能不变;无人机克服自身重力做的功为W=Gh=mgh=3 kg×10 N/kg×120 m=3 600 J,克服自身重力做功的功率为P=$\frac{W}{t}=\frac{3 600 J}{30 s}=120 W$。(2)该无人机最多能飞行的时间为$t_{max}=\frac{W_{有}}{P_{0}}=\frac{\eta E_{电}}{P_{0}}=\frac{90\% × 2.5 × 10^{5} J}{90 W}=2 500 s$。(3)该无人机水平飞行的时间为$t_{水平}=25 s - 10 s = 15 s$,水平飞行的速度为$v=\frac{s}{t_{水平}}=\frac{30 m}{15 s}=2 m/s$;无人机上升的高度为$h_{1}=v_{上升}t_{上升}=4 m/s × 10 s = 40 m$,整个过程中无人机对外卖做的功为$W_{1}=G'h_{1}=m'gh_{1}=0.6 kg × 10 N/kg × 40 m = 240 J$,整个过程中无人机对外卖做功的功率为$P_{1}=\frac{W_{1}}{t_{总}}=\frac{240 J}{25 s}=9.6 W$。(4)喷洒农药过程中,总质量变小,速度不变,动能变小;总质量变小,高度不变,所以重力势能变小。
【解析】(1)无人机匀速上升过程中,质量不变,速度不变,所以动能不变;无人机克服自身重力做的功为W=Gh=mgh=3 kg×10 N/kg×120 m=3 600 J,克服自身重力做功的功率为P=$\frac{W}{t}=\frac{3 600 J}{30 s}=120 W$。(2)该无人机最多能飞行的时间为$t_{max}=\frac{W_{有}}{P_{0}}=\frac{\eta E_{电}}{P_{0}}=\frac{90\% × 2.5 × 10^{5} J}{90 W}=2 500 s$。(3)该无人机水平飞行的时间为$t_{水平}=25 s - 10 s = 15 s$,水平飞行的速度为$v=\frac{s}{t_{水平}}=\frac{30 m}{15 s}=2 m/s$;无人机上升的高度为$h_{1}=v_{上升}t_{上升}=4 m/s × 10 s = 40 m$,整个过程中无人机对外卖做的功为$W_{1}=G'h_{1}=m'gh_{1}=0.6 kg × 10 N/kg × 40 m = 240 J$,整个过程中无人机对外卖做功的功率为$P_{1}=\frac{W_{1}}{t_{总}}=\frac{240 J}{25 s}=9.6 W$。(4)喷洒农药过程中,总质量变小,速度不变,动能变小;总质量变小,高度不变,所以重力势能变小。
