Question

10．小明在參觀了發(fā)電廠后，對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)生了濃厚的興趣．為了探究風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率是否與風(fēng)速有關(guān)，小明設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)步驟：
①如圖，將風(fēng)葉安裝在風(fēng)車底座上，把線的一端固定在風(fēng)車轉(zhuǎn)軸上，另一端系上鉤碼．
②在風(fēng)車正前方1米處放置電風(fēng)扇，將電風(fēng)扇的風(fēng)速調(diào)到1擋位，用秒表記錄提升鉤碼到A點(diǎn)所需的時(shí)間．
③將電風(fēng)扇換到2、3擋位，重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)，并將數(shù)據(jù)記錄在表格中，如表一所示．（注：電風(fēng)扇擋位越高，風(fēng)
速越大）
表一：

電風(fēng)扇檔位	鉤碼的質(zhì)量/g	提升鉤碼到A點(diǎn)的時(shí)間/s
1	50	15
2	50	13
3	50	10

請(qǐng)你回答：
（1）這個(gè)實(shí)驗(yàn)是通過測(cè)量提升鉤碼到A點(diǎn)的時(shí)間來(lái)比較風(fēng)車輸出功率的大小．通過實(shí)驗(yàn)可以得到的結(jié)論是：風(fēng)速越大，風(fēng)車的輸出功率越大．
（2）為了進(jìn)一步研究風(fēng)力發(fā)電機(jī)，他又從電廠查到一臺(tái)1500kW的發(fā)電機(jī)組的相關(guān)數(shù)據(jù)．
表二：輸出功率與風(fēng)速的關(guān)系：

風(fēng)速（m/s）	5	10	15	20
輸出功率（kW）	80	720	15000	1100

表三：不同風(fēng)速下風(fēng)力發(fā)電機(jī)每秒獲得的風(fēng)能：

風(fēng)速（m/s）	5	10	15	20
1s獲得的能量（104J）	15	120	405	350

對(duì)表格進(jìn)行分析，你發(fā)現(xiàn)風(fēng)速在5m/s～15m/s的范圍內(nèi)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)每秒獲得的風(fēng)能與風(fēng)速的關(guān)系是風(fēng)車獲得的能量與風(fēng)速成三次方正比關(guān)系．當(dāng)風(fēng)速為10m/s時(shí)，這臺(tái)發(fā)電機(jī)的發(fā)電效率為60%．

Answer 1

分析 （1）因風(fēng)車輸出的功率為提升重物的功率，要求提升重物的功率可以由P=$\frac{W}{t}$=$\frac{mgh}{t}$=mgV來(lái)求；而知道提升時(shí)間即可以得出提升物體的速度，則可比較風(fēng)車的輸出功率大�。�
分析表一中數(shù)據(jù)，電風(fēng)扇檔位越高，風(fēng)速越大，提升鉤碼到A點(diǎn)的時(shí)間越短，據(jù)此得出結(jié)論．
（2）由表二和表三可知，風(fēng)速小于15m/s時(shí)，風(fēng)速越大，發(fā)電機(jī)的輸出功率增大，獲得的風(fēng)能增大；但是風(fēng)速大于15m/s時(shí)，風(fēng)速越大，發(fā)電機(jī)的輸出功率減小，獲得的風(fēng)能減�。�
從表格數(shù)據(jù)得出風(fēng)速為10m/s時(shí)，1s內(nèi)獲得的能量，求出風(fēng)車工作1h獲得的能量（總能量）；再求出風(fēng)車工作1h產(chǎn)生的電能（有用能量）；利用效率公式求風(fēng)車發(fā)電的效率．

解答 解：（1）因提升高度要同，則由h=Vt可知，通過提升時(shí)間，可知提升的速度大小，則由P=$\frac{W}{t}$=$\frac{mgh}{t}$=mgV可知輸出功率的大小，故比較提升時(shí)間可知功率大小．
分析表一數(shù)據(jù)可見，在提升鉤碼質(zhì)量相同的情況下，風(fēng)速越大，提升鉤碼到A點(diǎn)的時(shí)間越短，風(fēng)車的輸出功率越大．
（2）分析表二和表三可知，風(fēng)速在5m/s～15m/s的范圍內(nèi)，風(fēng)車獲得的能量隨風(fēng)速的增大而增大，并且成倍數(shù)的增加，所以風(fēng)車獲得的能量與風(fēng)速三次方成正比關(guān)系．
由表二知，風(fēng)速為10m/s時(shí)，風(fēng)車的輸出功率720kW，由表三知，風(fēng)速為10m/s時(shí)，1s內(nèi)獲得的能量為120×10⁴J，
風(fēng)車工作1h獲得的能量：
W_總=120×10⁴J×3600s=4.32×10⁹J，
風(fēng)車工作1h產(chǎn)生的電能：
W_電=720kW×1h=720kw•h=2.592×10⁹J，
風(fēng)車發(fā)電的效率：
η=$\frac{{W}_{電}}{{W}_{總}(cāng)}$×100%=$\frac{2.592×1{0}^{9}J}{4.32×1{0}^{9}J}$×100%=60%．
故答案為：（1）提升鉤碼到A點(diǎn)的時(shí)間；大；（2）風(fēng)車獲得的能量與風(fēng)速成三次方正比關(guān)系；60%．

點(diǎn)評(píng) 化石能源越來(lái)越少，碳排放所造成的環(huán)境問題越來(lái)越受到人們的重視，開發(fā)和利用新能源已成為人們的共識(shí)．太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)�、潮汐等新能源的利用已成為現(xiàn)實(shí)．通過新能源利用考查物理知識(shí)是中考命題的亮點(diǎn)之一．