Question

如圖甲所示，是江蘇如東風力發(fā)電場的外景，該場是亞洲目前建設(shè)規(guī)模最大的風電基地，小明在參觀了發(fā)電場后，對風力發(fā)電機產(chǎn)生了濃厚的興趣。風力發(fā)電機發(fā)電時的輸出功率和哪些因素有關(guān)呢？對這一問題，他做了如下猜想：

① 風力發(fā)電機的輸出功率可能與風速有關(guān)

② 風力發(fā)電機的輸出功率可能與葉片的傾角有關(guān)

為了探究風力發(fā)電機的輸出功率是否與風速有關(guān)，小明設(shè)計了如下實驗步驟：

① 如圖乙，將風葉安裝在風車底座上，把線的一端固定在風車轉(zhuǎn)軸上，另一端系上鉤碼。

② 在風車正前方1m處放置電風扇，將電風扇的風速調(diào)到1擋位，用秒表記錄提升鉤碼到A點所需的時間。

③ 將電風扇換到2、3擋位，重復以上實驗，并將數(shù)據(jù)記錄在表格中。

（注：電風扇擋位越高，風速越大）

表一：

電風扇擋位	鉤碼的質(zhì)量（g）	提升鉤碼到A點的時間（s）
1	50	15
2	50	13
3	50	10

（1）這個實驗是通過測量 來比較風車輸出功率的大小。

（2）通過實驗可以得到的結(jié)論是： 。

為了進一步研究風力發(fā)電機，他又從電廠查到一臺1500kW的發(fā)電機組的相關(guān)數(shù)據(jù)：

表二：不同風速下風力發(fā)電機每秒獲得的風能

風速v（m/s）	5	10	15	20
1s獲得的能量E（104J）	15	120	405	350

表三：發(fā)電機輸出電功率與風速的關(guān)系

風速（m/s）	5	10	15	20
輸出電功率（kW）	4	360	1500	1100

（3）對表二進行分析，你發(fā)現(xiàn)風速在5m/s～15m/s的范圍內(nèi)，風力發(fā)電機每秒獲得的風能（E）與風速（v）的數(shù)學定量關(guān)系式是：E= 。

（4）根據(jù)表三，風速為10m/s時，這臺發(fā)電機1h的發(fā)電量可供100只“220V 100W”的路燈工作 h。

（5）風速為10m/s時，這臺發(fā)電機的發(fā)電效率是多大？

Answer 1

（1）    提升鉤碼到A點的時間  

（2）風力發(fā)電機的輸出功率與風速有關(guān)，風速越大，風力發(fā)電機輸出功率越大

（3）E=1200v³

（4）36h

（5）η=P_電/P_風能=360000W/1200000W=30％

 或η=W電/W風=360000W×1S/1200000J=30％(過程合理即可)