典例分析3（2024·海南中考）科技助“荔”打造智慧果园。海南荔枝农利用植保无人机巡逻、喷药、施肥，给百亩荔枝施肥只需3 h。作业前，装满药剂和汽油的无人机停在水平地面上，对水平地面的压强为$5×10^{4}\ \mathrm{Pa}$，支架与水平地面的总接触面积为$5×10^{-3}\ \mathrm{m}^2$；作业时，该无人机先匀速直线上升3 m，接着水平匀速飞行喷洒药剂。无人机上升时所受的空气阻力和汽油的消耗可忽略不计。请完成下列问题。已知$\rho_{\mathrm{汽油}}=0.7×10^{3}\ \mathrm{kg/m}^3$，$q_{\mathrm{汽油}}=4.6×10^{7}\ \mathrm{J/kg}$，$g$取10 N/kg。
（1）无人机匀速上升时升力与总重力________（选填“是”或“不是”）一对平衡力。
（2）满载时无人机的总质量为多少？
（3）上升过程中升力做了多少功？
（4）若无人机的热机效率是40%，则无人机消耗200 mL汽油所做的有用功是多少？

(1) 是
(2) 25 kg
(3) 750 J
(4) 2.576×10^6 J
解析(2)由 $p=\frac{F}{S}$ 可得无人机对水平地面的压力
$F=pS=5×10^4\ \mathrm{Pa}×5×10^{-3}\ \mathrm{m}^2=250\ \mathrm{N}$
无人机的总重力 $G=F=250\ \mathrm{N}$
无人机的总质量 $m=\frac{G}{g}=\frac{250\ \mathrm{N}}{10\ \mathrm{N/kg}}=25\ \mathrm{kg}$。
(3)上升过程中升力做的功 $W=Gh=250\ \mathrm{N}×3\ \mathrm{m}=750\ \mathrm{J}$。
(4)消耗汽油的体积 $V_{\mathrm{汽油}}=200\ \mathrm{mL}=200\ \mathrm{cm}^3$
汽油的质量 $m_{\mathrm{汽油}}=\rho_{\mathrm{汽油}}V_{\mathrm{汽油}}=0.7\ \mathrm{g/cm}^3×200\ \mathrm{cm}^3=140\ \mathrm{g}=0.14\ \mathrm{kg}$
汽油完全燃烧放出的热量 $Q_{\mathrm{放}}=m_{\mathrm{汽油}}q_{\mathrm{汽油}}=0.14\ \mathrm{kg}×4.6×10^7\ \mathrm{J/kg}=6.44×10^6\ \mathrm{J}$
由 $\eta=\frac{W}{Q_{\mathrm{放}}}$ 可得有用功 $W=\eta Q_{\mathrm{放}}=40\%×6.44×10^6\ \mathrm{J}=2.576×10^6\ \mathrm{J}$。