20.如圖甲所示,是某風(fēng)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(fēng)電基地,小明在參觀了發(fā)電場后,對風(fēng)力發(fā)電機產(chǎn)生了濃厚的興趣.風(fēng)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(fēng)力發(fā)電機的輸出功率可能與風(fēng)速有關(guān)
②風(fēng)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(fēng)力發(fā)電機的輸出功率是否與風(fēng)速有關(guān),小明設(shè)計了如下實驗步驟:
①如圖乙,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1m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點所需的時間.
③將電風(fēng)扇換到2、3擋位,重復(fù)以上實驗,并將數(shù)據(jù)記錄在表格中.
(注:電風(fēng)扇擋位越高,風(fēng)速越大)
表一:
電風(fēng)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提升鉤碼到A點的時間來比較風(fēng)車輸出功率的大。
(2)通過實驗可以得到的結(jié)論是:風(fēng)力發(fā)電機的輸出功率與風(fēng)速有關(guān),風(fēng)速越大,風(fēng)力發(fā)電機輸出功率越大.
為了進一步研究風(fēng)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(fēng)速下風(fēng)力發(fā)電機每秒獲得的風(fēng)能
風(fēng)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(fēng)速的關(guān)系
風(fēng)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(fēng)速在5m/s~15m/s的范圍內(nèi),風(fēng)力發(fā)電機每秒獲得的風(fēng)能(E)與風(fēng)速(v)的數(shù)學(xué)定量關(guān)系式是:E=1200v
3.
(4)風(fēng)速為10m/s時,這臺發(fā)電機的發(fā)電效率是多大?
(5)根據(jù)表三,風(fēng)速為10m/s時,這臺發(fā)電機1h的發(fā)電量相當于燃燒優(yōu)質(zhì)無煙煤1058.8kg的發(fā)電量(優(yōu)質(zhì)無煙煤熱值為q=3.4×10
7J/kg,一般火力發(fā)電效率約為η=36%)