化石能源越来越少,碳排放所造成的环境问题越来越受到人们的重视,开发和利用新能源已成为人们的共识。太阳能、风能、地热、潮汐等新能源的利用已成为现实。通过新能源利用考查物理知识是中考命题的亮点之一。
题1.【绍兴】小型风力发电机发出的电能首先经过蓄电池贮存起来,然后再由蓄电池向用电器供电。如图是某小型风力发电机的输出功率与风速的关系图。
(1)在风速为________米/秒时达到最大输出功率;
(2)该风力发电机的输出功率与风速之间的关系是__________________;
(3)该风力发电机固定在水平地面上时,整个装置与地面接触的面积是1米2,总质量为60千克。计算该装置对水平地面的压强多大?
(4)若该风力发电机按输出功率为500瓦发电,平均每天工作8小时,计算一年(365天)发电量是多少?
分析:本题考查图像知识、从图像(数据)总结规律的能力、压强和电能的计算等。(1)从图像得知,当输出功率最大为1000W时,对应的风速为12m/s;(2)由图像可以看出,在风速大于3m/s时,才有输出功率,风速在3-12米/秒时,风速增大,输出功率也随之增大。在风速大于12米/秒时,风速增大,输出功率反而减小。(3)装置水平放置时对水平地面的压力等于其重力,根据压强定义式即可进行压强可计算。(4)由功率和时间可以计算发电量——输出的电能。因为,一年发电量数据偏大,应用千瓦时作单位。此时,功率单位应换算为千瓦。
答案:(1)12
(2)风速在3-12米/秒时,风速越大,输出功率也越大;风速在大于12米/秒时,风速越大,输出功率越小
(3)
(4)W=Pt=0.5kW×365×8h=1460kW·h
题2.【江西】21、长岭风电场系江西省已建成规模最大的风力电场,场址位于九江市庐山区海会镇,年上网电量约为6915万kwh。该风力电厂技术先进,在机房监视屏上可以看到各风电机组工作情况,如图12所示,其中CLA-08机组,显示风速为4m/s,发电功率为135kw;若该地区空气密度为1.3kg/m3,一台风车的轮叶转动时按有效扫风面积为100m2的圆面计算,则:
(1)1min内有多少kg的空气冲击这台风车轮叶转动形成的有效圆面?
(2)这台风车工作1h输出的电能是多少kwh?相当于完全燃烧多少kg的煤?(煤的热值为3×107J/kg)
(3)从机房监视屏上,可以发现什么规律?
分析:(1)要计算通过轮叶扫过的有效面积的空气质量,在已知密度的情况下,要知道通过空气的体积。根据风速可以知道1min内所通过的的空气柱长度,因有效面积已知,所以其体积可求得,从而使问题得到解决。(2)由监视屏上数据可知功率大小,进而可计算1h产生的电能。该电能相当于煤完全燃烧产生的热量,有热量和热值就可计算煤的质量。(3)显示屏上显示在不同风速下发电机的输出功率,比较归纳可得到规律。
答案:(1)1min内通过风力发电机轮叶有效面积的空气柱的长度:L=vt=4m/s×60s=240m,1min内通过风力发电机轮叶有效面积的空气柱的体积:V=SL=100m2×240m=24000m3,1min内通过风力发电机轮叶有效面积的空气柱的质量:m=ρV=1.3kg/m3×24000m3=3.12×104Kg
(2)由监视屏数据可知,当风速为4m/s时,其输出功率为135kw,这台风车工作1h输出的电能:W=Pt=135 kW×1h=135 kWh.由题意可得:Q放=W, Q放=mq.所以,相当于燃煤的质量为:m= Q放/q=W/q=135 kWh/q=135×3.6×106J/3×107J/kg=48.6kg
(3)从机房监视屏上数据可以看出,随着风速的增大,发电机的功率增大。
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