Question

1．阅读短文，回答问题：
风力发电
风力发电机主要由风机、传动系统和发动机等组成．风机叶片在风力的推动作用下转动，通过传动系统带动发电机发电．风机叶片具有密度小，强度高，耐磨损等性能，叶片表面要光滑以减小风阻，防被风“撕裂”．
当风速与叶片的旋转面垂直时，叶片旋转过程中所扫过的面积叫做旋转面积．工作过程中，一般保持风速与叶片的旋转面垂直；如果风速较大，控制系统通过调整风机迎风方向减小旋转面积．如果风速过大，控制系统通过调整，停止发电．有关风力发电机组的部分数据如表

风力发电机组
额定功率/kW	切入风速/m•s-1	额定风速/m•s-1	最大风能利用系数
1000	3.5	10	不小于0.72

风能密度指单位时间内通过单位面积的风能．如表给出了当地空气密度为1.2kg/m³时的风能密度与风速的关系．

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

（1）在能源的分类中，风能属于可再生（选填“可再生”或“不可再生”）能源；发电机工作原理是电磁感应．
（2）下列说法中正确的是D
A．叶片的表面应该粗糙些，增大风压
B．发电时一定保持风速与叶片的旋转面垂直
C．叶片应选择密度小、硬度小的材料制作
D．最大风能利用系数可以大于0.72
（3）根据表中数据，画出风能密度与风速的图象．风力发电机组在切入风速时开始并网发电，这时的风能密度为25（24-29均可）J/（m²•s）．
（4）已知风力发电机的旋转面积约为5000m²，当风速为5m/s时，1min流过叶片旋转面的空气质量为1.8×10⁶kg，这时风力发电机组的功率为额定功率的十分之一．若传动装置和齿轮箱的能量损失不计，其中发电机的效率为80%，这时风机的效率为33.3%．

Answer 1

分析 （1）风能是取之不尽用之不竭的能源，所以风能是可再生资源；发电机工作原理是电磁感应；
（2）阅读题干，根据题意回答；
（3）根据表中数据，根据描点法作图，根据图象，找到当切入风速为3.5m/s时对应的风能密度约为多少；
（4）根据V=LS=vtS求1分钟流过叶片旋转面的空气体积，根据m=ρV求质量；
根据发电机的效率为η₁=$\frac{Pt}{W}$变形公式求出1min发电机获得的能量，
当风速为5m/s时，风能密度为75J/m²•s，根据风能密度的定义求出发电机的旋转面积约为5000m²在1min的时间产生的风能；
根据η₂=$\frac{W}{{W}_{总}}$×100%求风机的效率．

解答 解：（1）风能可以在自然界里源源不断的得到补充，所以它属于可再生能源；
（2）A、风机叶片具有密度小，强度高，耐磨损等性能，叶片表面要光滑以减小风阻，防被风“撕裂”，故AC选项错误；
B、工作过程中，一般保持风速与叶片的旋转面垂直；如果风速较大，控制系统通过调整风机迎风方向减小旋转面积．如果风速过大，控制系统通过调整，发电时一定保持风速与叶片的旋转面垂直错误；即B选项错误；
D、由表中数据可知，最大风能利用系数不小于0.72，即最大风能利用系数可以大于0.72，故D选项正确；
（3）由表中数据，根据风能密度与风速的关系确定各点，将各点用平滑的曲线连接起来，如下所示：

由表中数据可知，切入风速为3.5m/s时开始并网发电，根据所画出的风能密度与风速的关系，切入风速为3.5m/s时对应的风能密度约为25J/（m²•s）（24-29之间均可）开始并网发电；
（4）风力发电机的旋转面积约为5000m²，当风速为5m/s时，1min流过叶片旋转面的空气体积：
V=LS=vtS=5m/s×60s×5000m²=1.5×10⁶m³，
质量为：
m=ρV=1.2kg/m³×1.5×10⁶m³=1.8×10⁶kg．
因风力发电机组的功率为额定功率的十分之一，即P=$\frac{1}{10}$×10³×10³W=10⁵W．
若传动装置和齿轮箱的能量损失不计，其中发电机的效率为：
η₁=$\frac{Pt}{W}$=80%，
则1min输入风力发电机的能量：
W=$\frac{Pt}{{η}_{1}}$=$\frac{1{0}^{5}W×60s}{0.8}$=7.5×10⁶J，
当风速为5m/s时，风能密度为75J/m²•s，发电机的旋转面积约为5000m²，在1min=60s的时间产生的风能：
W_总=75J/m²•s×5000m²×60s=2.25×10⁷J，
风机的效率为：
η₂=$\frac{W}{{W}_{总}}$×100%=$\frac{7.5×1{0}^{6}J}{2.25×1{0}^{7}J}$×100%≈33.3%．
故答案为：（1）可再生能源； 电磁感应；
（2）D；
（3）见上图；25（24到29之间都可；
（4）1.8×10⁶ ；33.3%．

点评 本题题干较长，以文字和表格呈现信息，考查学生的阅读理解能力和获取信息和运用信息解决问题的能力、能源的分类、发电机的原理、能量利用效率、密度的知识及作图能力，综合性较强．