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精英家教网如图所示,风力发电可以为我们提供清洁能源.有一台风力发电机风轮机叶片长度为4m,当叶片转动的周期为4s时,叶片尖端线速度的大小为
 
m/s;以一个叶片旋转一周所扫过的面积为风力发电机接受风能的面积,已知空气的密度为1.3kg/m3,风速大小为10m/s,则1s内风轮机接受的最大风能约为
 
J.
分析:根据v=
2πr
T
即可求解叶片尖端线速度的大小,t时间内,在长度为vt、垂直流向叶片旋转面积截面积为πr2的范围内的空气都能通过风轮机,由m=ρV求出空气质量.根据能量守恒定律求最大风能.
解答:解:根据v=
2πr
T
得:
v=
2π×4
4
=2π
m/s
在时间t内通过风轮机的最大空气质量为m=ρvtπr2
时间t内风轮机可以接受到的最大风能为E=
1
2
mv2
=
1
2
ρv3tπr2=3.3×104J
故答案为:2π;3.3×104
点评:本题考查能量守恒定律的应用能力,关键要建立模型,理清思路,比较简单.
练习册系列答案
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(7分)风力发电是目前可再生能源中技术比较成熟,具有规模化开发条件和商业发展前景的发电技术。小型独立风力发电系统一般不并网发电,只能独立使用,单台装机容量通常不超过10KW。它的构成为:风力发电机+充电器+数字逆变器。风力发电机由机头、转体、尾翼、叶片组成。叶片用来接受风力并通过机头转为电能;尾翼使叶片始终对着来风的方向从而获得最大的风能;转体能使机头灵活地转动以实现尾翼调整方向的功能;机头的转子是永磁体,定子是绕组切割磁感线产生电能。因风量不稳定,故小型风力发电机输出的是13-25V变化的交流电,须经充电器整流再对蓄电池充电,使风力发电机的产生的电能变能化学能。最后经逆变处理后供给用户使用。某学习小组对一小型风力发电机进行测定风速实验:将一铜棒与风力发电系统的输出端构成回路(注:风力发电机与铜棒直接相连,连接导线末画出)如图所示。铜棒ab长为0.5m,质量0.2Kg,两端用轻铜线相连。整个装置处在竖直向上的匀强磁场中,磁感应强度B=2T. 当有风速4m/s吹向风叶,铜棒与竖直方向成37°角且偏向纸内的位置时,铜棒处于受力平衡状态。

(1)此时铜棒中通过的电流大小与方向。

(2)如风力发电机能把风能的30%转化为发电机的机械能,发电系统的效率为50%(其他能量损失一概不计),已知此小型风力发电系统输出电压恒定为24V,问当铜棒与竖直方向成53°角平衡时风速为多少m/s?(g取10m/s2,ρ空气=1.29Kg/m3,sin370=0.6,cos370=0.8 )

 

 

 

 

 

 

 

 

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