Question

1．閱讀短文，回答問題：
風(fēng)力發(fā)電
風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要由風(fēng)機(jī)、傳動系統(tǒng)和發(fā)動機(jī)等組成．風(fēng)機(jī)葉片在風(fēng)力的推動作用下轉(zhuǎn)動，通過傳動系統(tǒng)帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電．風(fēng)機(jī)葉片具有密度小，強(qiáng)度高，耐磨損等性能，葉片表面要光滑以減小風(fēng)阻，防被風(fēng)“撕裂”．
當(dāng)風(fēng)速與葉片的旋轉(zhuǎn)面垂直時，葉片旋轉(zhuǎn)過程中所掃過的面積叫做旋轉(zhuǎn)面積．工作過程中，一般保持風(fēng)速與葉片的旋轉(zhuǎn)面垂直；如果風(fēng)速較大，控制系統(tǒng)通過調(diào)整風(fēng)機(jī)迎風(fēng)方向減小旋轉(zhuǎn)面積．如果風(fēng)速過大，控制系統(tǒng)通過調(diào)整，停止發(fā)電．有關(guān)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的部分?jǐn)?shù)據(jù)如表

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組
額定功率/kW	切入風(fēng)速/m•s-1	額定風(fēng)速/m•s-1	最大風(fēng)能利用系數(shù)
1000	3.5	10	不小于0.72

風(fēng)能密度指單位時間內(nèi)通過單位面積的風(fēng)能．如表給出了當(dāng)?shù)乜諝饷芏葹?.2kg/m³時的風(fēng)能密度與風(fēng)速的關(guān)系．

風(fēng)速/m•s-1	1	2	3	4	5	6
風(fēng)能密度/J•（m2•s）-1	0.6	4.8	16.2	38.4	75	129.6

（1）在能源的分類中，風(fēng)能屬于可再生（選填“可再生”或“不可再生”）能源；發(fā)電機(jī)工作原理是電磁感應(yīng)．
（2）下列說法中正確的是D
A．葉片的表面應(yīng)該粗糙些，增大風(fēng)壓
B．發(fā)電時一定保持風(fēng)速與葉片的旋轉(zhuǎn)面垂直
C．葉片應(yīng)選擇密度小、硬度小的材料制作
D．最大風(fēng)能利用系數(shù)可以大于0.72
（3）根據(jù)表中數(shù)據(jù)，畫出風(fēng)能密度與風(fēng)速的圖象．風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在切入風(fēng)速時開始并網(wǎng)發(fā)電，這時的風(fēng)能密度為25（24-29均可）J/（m²•s）．
（4）已知風(fēng)力發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)面積約為5000m²，當(dāng)風(fēng)速為5m/s時，1min流過葉片旋轉(zhuǎn)面的空氣質(zhì)量為1.8×10⁶kg，這時風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功率為額定功率的十分之一．若傳動裝置和齒輪箱的能量損失不計，其中發(fā)電機(jī)的效率為80%，這時風(fēng)機(jī)的效率為33.3%．

Answer 1

分析 （1）風(fēng)能是取之不盡用之不竭的能源，所以風(fēng)能是可再生資源；發(fā)電機(jī)工作原理是電磁感應(yīng)；
（2）閱讀題干，根據(jù)題意回答；
（3）根據(jù)表中數(shù)據(jù)，根據(jù)描點法作圖，根據(jù)圖象，找到當(dāng)切入風(fēng)速為3.5m/s時對應(yīng)的風(fēng)能密度約為多少；
（4）根據(jù)V=LS=vtS求1分鐘流過葉片旋轉(zhuǎn)面的空氣體積，根據(jù)m=ρV求質(zhì)量；
根據(jù)發(fā)電機(jī)的效率為η₁=$\frac{Pt}{W}$變形公式求出1min發(fā)電機(jī)獲得的能量，
當(dāng)風(fēng)速為5m/s時，風(fēng)能密度為75J/m²•s，根據(jù)風(fēng)能密度的定義求出發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)面積約為5000m²在1min的時間產(chǎn)生的風(fēng)能；
根據(jù)η₂=$\frac{W}{{W}_{總}}$×100%求風(fēng)機(jī)的效率．

解答 解：（1）風(fēng)能可以在自然界里源源不斷的得到補(bǔ)充，所以它屬于可再生能源；
（2）A、風(fēng)機(jī)葉片具有密度小，強(qiáng)度高，耐磨損等性能，葉片表面要光滑以減小風(fēng)阻，防被風(fēng)“撕裂”，故AC選項錯誤；
B、工作過程中，一般保持風(fēng)速與葉片的旋轉(zhuǎn)面垂直；如果風(fēng)速較大，控制系統(tǒng)通過調(diào)整風(fēng)機(jī)迎風(fēng)方向減小旋轉(zhuǎn)面積．如果風(fēng)速過大，控制系統(tǒng)通過調(diào)整，發(fā)電時一定保持風(fēng)速與葉片的旋轉(zhuǎn)面垂直錯誤；即B選項錯誤；
D、由表中數(shù)據(jù)可知，最大風(fēng)能利用系數(shù)不小于0.72，即最大風(fēng)能利用系數(shù)可以大于0.72，故D選項正確；
（3）由表中數(shù)據(jù)，根據(jù)風(fēng)能密度與風(fēng)速的關(guān)系確定各點，將各點用平滑的曲線連接起來，如下所示：

由表中數(shù)據(jù)可知，切入風(fēng)速為3.5m/s時開始并網(wǎng)發(fā)電，根據(jù)所畫出的風(fēng)能密度與風(fēng)速的關(guān)系，切入風(fēng)速為3.5m/s時對應(yīng)的風(fēng)能密度約為25J/（m²•s）（24-29之間均可）開始并網(wǎng)發(fā)電；
（4）風(fēng)力發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)面積約為5000m²，當(dāng)風(fēng)速為5m/s時，1min流過葉片旋轉(zhuǎn)面的空氣體積：
V=LS=vtS=5m/s×60s×5000m²=1.5×10⁶m³，
質(zhì)量為：
m=ρV=1.2kg/m³×1.5×10⁶m³=1.8×10⁶kg．
因風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功率為額定功率的十分之一，即P=$\frac{1}{10}$×10³×10³W=10⁵W．
若傳動裝置和齒輪箱的能量損失不計，其中發(fā)電機(jī)的效率為：
η₁=$\frac{Pt}{W}$=80%，
則1min輸入風(fēng)力發(fā)電機(jī)的能量：
W=$\frac{Pt}{{η}_{1}}$=$\frac{1{0}^{5}W×60s}{0.8}$=7.5×10⁶J，
當(dāng)風(fēng)速為5m/s時，風(fēng)能密度為75J/m²•s，發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)面積約為5000m²，在1min=60s的時間產(chǎn)生的風(fēng)能：
W_總=75J/m²•s×5000m²×60s=2.25×10⁷J，
風(fēng)機(jī)的效率為：
η₂=$\frac{W}{{W}_{總}}$×100%=$\frac{7.5×1{0}^{6}J}{2.25×1{0}^{7}J}$×100%≈33.3%．
故答案為：（1）可再生能源； 電磁感應(yīng)；
（2）D；
（3）見上圖；25（24到29之間都可；
（4）1.8×10⁶ ；33.3%．

點評 本題題干較長，以文字和表格呈現(xiàn)信息，考查學(xué)生的閱讀理解能力和獲取信息和運用信息解決問題的能力、能源的分類、發(fā)電機(jī)的原理、能量利用效率、密度的知識及作圖能力，綜合性較強(qiáng)．