Question

9．如圖甲是我省潮汕地區(qū)東奧島風力發(fā)電的外景，風力發(fā)電機組主要由風機葉片和發(fā)動機組成

（1）風機的葉片具有質(zhì)量輕、強度高、耐磨損等性能，通常用硬度大，密度小（選填“大”或“小”）的復合材料制成；葉片形狀像飛機的機翼，若葉片位置和風向如圖乙所示，由于葉片兩面空氣流速不同產(chǎn)生壓強差，而受到向上（選填“上”或“下”）的力使風葉旋轉(zhuǎn)．
（2）風葉產(chǎn)生的動力通過傳動系統(tǒng)傳遞給發(fā)電機，利用電磁感應原理，使機械能轉(zhuǎn)化為電能．
（3）某風力發(fā)電機的輸出功率與風速的關系如圖丙所示，由圖象可知，能使該風力發(fā)電機組產(chǎn)生電能的風速范圍是V₁～V₃（用圖象中的字母表示）．
（4）下表給出了在不同風速下某風機獲得的能量：

平均風速（m/s）	5	10	15	20
1s內(nèi)獲得的能量（×104J）	1	8	27	64

①請你對表格的數(shù)據(jù)進行分析，你會發(fā)現(xiàn)該風機1s內(nèi)獲得的能量與風速的關系是風速越大，獲得能量越多或風機獲得的能量與風速的三次方成正比；
②風速為5m/s時，這臺風機工作1min所產(chǎn)生的電能可供1只“220V 100W”電燈正常工作10min，請你通過計算求風機發(fā)電的效率是多少？

Answer 1

分析 （1）葉片上面弧形，下面平面，風經(jīng)過葉片時，分析葉片上下空氣流速，根據(jù)流速越大壓強越小，分析壓強大小，分析受力情況．
（2）風力發(fā)電是把機械能轉(zhuǎn)化為電能，應用電磁感應原理．
（3）由圖象可知，使該風力發(fā)電機組產(chǎn)生電能的風速范圍．
（4）①由表格數(shù)據(jù)分析，風能隨風速的增大而增大，并且有定量關系，把定量關系確定下來；
②知道燈泡的額定功率和工作時間，求出有用功，知道總功，根據(jù)機械效率公式求出機械效率．

解答 解：（1）風機葉片具有質(zhì)量輕、強度高、耐磨損等性能，通常用密度小，硬度大的復合材料制成；由乙圖知，葉片的上面是突出的弧形，下面是平面，空氣流過時，上面空氣流速大于下面空氣流速，上面壓強小于下面壓強，葉片受到向上的力使風葉旋轉(zhuǎn)．
（2）風葉產(chǎn)生的動力通過傳動系統(tǒng)傳遞給發(fā)電機發(fā)電，把風的機械能轉(zhuǎn)化為電能，這是電磁感應現(xiàn)象．
（3）由圖象可知，風速為V₁～V₃時有輸出功率，所以使該風力發(fā)電機組產(chǎn)生電能的風速范圍是V₁～V₃；
（4）①由表格數(shù)據(jù)知，風速增大為原來的2倍，風能增大為原來的2³倍；風速增大為原來的3倍，風能增大為原來的3³倍…，所以風機獲得的能量與風速的三次方成正比；
②根據(jù)P=$\frac{W}{t}$可得，有用功：W_有用=Pt=100W×10×60s=6×10⁴J；
風速為5m/s時，由表格數(shù)據(jù)可得總功：W_總=P′t′=1×10⁴W×60s=6×10⁵J；
風機發(fā)電的效率：η=$\frac{{W}_{有用}}{{W}_{總}}$×100%=$\frac{6×1{0}^{4}J}{6×1{0}^{5}J}$×100%=10%．
故答案為：（1）小；上；（2）電磁感應；（3）V₁～V₃；
（4）①風速越大，獲得能量越多 或 風機獲得的能量與風速的三次方成正比；②10%．

點評 本題考查了機械效率、流體壓強和流速關系、電磁感應，其它內(nèi)容都是從給定的材料中分析問題，考查學生對新事物的分析、判斷能力，最近幾年中考中出現(xiàn)的頻率較高，并且有一定的難度．