题目内容
8.如图是一种配有小型风力发电机和光电池的新型路灯,其功率P=120W.该风力发电机的线圈由风叶直接带动,其产生的电流可视为正弦交流电.已知风叶的半径r=1m,风能的利用效率η1=4%,风力发电机的线圈共有N=200匝,磁场的磁感应强度B=0.1T,线圈的面积S1=0.2m2,空气的密度ρ=1.3kg/m3.太阳垂直照射到地面上单位面积上的功率P0=1kW,如果光电池板垂直太阳光方向的平均受光面积为S=1m2,光能的利用效率为η2=20%,π取3,结果均保留2位有效数字.(1)若某天是无风的晴天,太阳光照6小时,则太阳能光电池产生的电能可使路灯正常工作多少小时?
(2)如果在某天晚上,有8m/s的风速持续刮风6小时,则风机所发的电可供路灯正常工作多少小时?
(3)如果在一有风的晴天,经3小时的光照和风吹,路灯可正常工作7小时,则风速为多大?若通过交流电表测得风力发电机线圈的电流强度为1A,则此时风叶的转速为多少?
分析 本题的关键是明确风能的利用效率和光能的利用率的含义,然后根据能量的转化列出关于能量的表达式,然后求解即可.
解答 解:(1)设光照6小时,可给路灯供电t1小时,则太阳能光电池产生的电能E1为:
E1=η2P光St=20%×103×1×6h=120t1,
解得:t1=10h
即太阳能光电池产生的电能可使路灯正常工作10小时.
(2)8m/s的风速持续刮风6小时,则风能转化的电能为E2,可供路灯正常工作t2小时,有:
E2=η1$\frac{1}{2}$mv2=$\frac{1}{2}$η1ρSvtv2=$\frac{1}{2}$η1πρr2v3=120t2
即:E2=$\frac{1}{2}$×4%×3×1.3×1×83×6h=120t2
解得:t2=2h
即风机所发的电可供路灯正常工作2小时.
(3)设经3小时的光照和风吹,光能转化为电能为E3,风能转化为电能为E4,则:
E3=η2P光St=20%×103×1×3h
E4=$\frac{1}{2}$η1πρr2v3=$\frac{1}{2}$×4%×3×1.3×1×3×v3
又E3=10×7h
解得:v=10m/s,E4=86400J
设风力发电机转动产生交流电的峰值电压为Um,Um=NBSω=NBS2πn,
所以有:${E}_{4}=\frac{{U}_{m}}{\sqrt{2}}It$=86400J
解得:n=5r/s
答:(1)若某天是无风的晴天,太阳光照6小时,则太阳能光电池产生的电能可使路灯正常工作10小时;
(2)如果在某天晚上,有8m/s的风速持续刮风6小时,则风机所发的电可供路灯正常工作2小时?
(3)如果在一有风的晴天,经3小时的光照和风吹,路灯可正常工作7小时,则风速为10m/s,若通过交流电表测得风力发电机线圈的电流强度为1A,则此时风叶的转速为5r/s.
点评 善于建立物理模型是解决实际问题的关键,注意电能与风能及光能之间的转化关系,难度较大.
A. | 太阳 | B. | 月球表面 | C. | 地球表面 | D. | 嫦娥三号 |
A. | $\sqrt{5gL+\frac{k{q}^{2}}{mL}}$ | B. | $\sqrt{4gL+\frac{k{q}^{2}}{2mL}}$ | C. | $\sqrt{5gL}$ | D. | $\sqrt{\frac{k{q}^{2}}{{L}^{2}}}$+$\sqrt{5gL}$ |
A. | 升压变压器的副线圈的电压变大 | |
B. | 降压变压器的副线圈的电压变小 | |
C. | 高压输电线路的电压损失变大 | |
D. | 用户的负载增多,高压输电线中的电流减小 |
A. | 小球的动能与重力势能之和越来越小,小球的动能与弹性势能之和越来越小 | |
B. | 小球的动能与重力势能之和越来越小,小球的动能与弹性势能之和越来越大 | |
C. | 小球的动能与重力势能之和越来越大,小球的动能与弹性势能之和越来越大 | |
D. | 小球的动能与重力势能之和越来越大,小球的动能与弹性势能之和越来越小 |