【分析】
解题时首先要明确机械能的构成:机械能是动能与重力势能的总和,其中动能大小由质量和速度共同决定,重力势能大小由质量和高度共同决定。本题的核心隐含条件是无人机喷洒农药过程中,自身(含农药)的总质量是持续减小的。接下来我们逐个分析选项中速度、高度的变化,推导动能、重力势能的变化趋势,判断是否存在总机械能保持不变的可能:只有当动能和重力势能一个减小、另一个增大时,才有可能让两者的变化量相互抵消,实现总机械能不变,若两者同时减小则总机械能必然减小。
【解析】
我们结合动能公式$E_k=\frac{1}{2}mv^2$、重力势能公式$E_p=mgh$逐一分析选项:
1. 选项A:水平向前匀速飞行时,无人机速度$v$不变,飞行高度$h$不变,由于喷洒农药总质量$m$不断减小,因此动能随$m$减小而减小,重力势能也随$m$减小而减小,总机械能一定减小,不符合要求。
2. 选项B:竖直向下匀速飞行时,速度$v$不变,高度$h$不断降低,总质量$m$不断减小,因此动能随$m$减小而减小,重力势能随$m$和$h$的同时减小而减小,总机械能一定减小,不符合要求。
3. 选项C:斜向上匀速飞行时,速度$v$不变,飞行高度$h$不断升高,总质量$m$不断减小:动能随$m$减小而减小,重力势能中$h$增大、$m$减小,重力势能存在增大的可能,当重力势能的增加量恰好等于动能的减少量时,无人机的总机械能就可以保持不变,符合要求。
4. 选项D:斜向下匀速飞行时,速度$v$不变,飞行高度$h$不断降低,总质量$m$不断减小,因此动能随$m$减小而减小,重力势能随$m$和$h$的同时减小而减小,总机械能一定减小,不符合要求。
综上,只有选项C符合题意。
【答案】
C
【知识点】
动能的影响因素,重力势能的影响因素,机械能的组成
【点评】
本题的易错点是容易忽略无人机喷洒农药时总质量持续减小的隐含条件,直接套用普通无人机匀速飞行机械能不变的惯性结论,需要结合质量动态变化的前提,灵活分析动能和势能的变化趋势,判断机械能不变的可能性,很好地考查了对机械能相关概念的深度理解。
【难度系数】
0.6