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20.如图甲所示,是某风力发电场的外景,该场是亚洲目前建设规模最大的风电基地,小明在参观了发电场后,对风力发电机产生了浓厚的兴趣.风力发电机发电时的输出功率和哪些因素有关呢?对这一问题,他做了如下猜想:

①风力发电机的输出功率可能与风速有关
②风力发电机的输出功率可能与叶片的倾角有关
为了探究风力发电机的输出功率是否与风速有关,小明设计了如下实验步骤:
①如图乙,将风叶安装在风车底座上,把线的一端固定在风车转轴上,另一端系上钩码.
②在风车正前方1m处放置电风扇,将电风扇的风速调到1挡位,用秒表记录提升钩码到A点所需的时间.
③将电风扇换到2、3挡位,重复以上实验,并将数据记录在表格中.
(注:电风扇挡位越高,风速越大)
表一:
电风扇挡位钩码的质量(g)提升钩码到A点的时间(s)
15015
25013
35010
(1)这个实验是通过测量提升钩码到A点的时间来比较风车输出功率的大小.
(2)通过实验可以得到的结论是:风力发电机的输出功率与风速有关,风速越大,风力发电机输出功率越大.
为了进一步研究风力发电机,他又从电厂查到一台1500kW的发电机组的相关数据:
表二:不同风速下风力发电机每秒获得的风能
风速v(m/s)5101520
1s获得的能量E(104J)15120405350
表三:发电机输出电功率与风速的关系
风速(m/s)5101520
输出电功率(kW)436015001100
(3)对表二进行分析,你发现风速在5m/s~15m/s的范围内,风力发电机每秒获得的风能(E)与风速(v)的数学定量关系式是:E=1200v3
(4)风速为10m/s时,这台发电机的发电效率是多大?
(5)根据表三,风速为10m/s时,这台发电机1h的发电量相当于燃烧优质无烟煤1058.8kg的发电量(优质无烟煤热值为q=3.4×107J/kg,一般火力发电效率约为η=36%)

分析 (1)因风车输出的功率为提升重物的功率,要求提升重物的功率可以由P=$\frac{W}{t}$$\frac{mgh}{t}$=mgv来求;而知道提升时间即可以得出提升物体的速度,则可比较风车的输出功率大小,用到了转换法.
(2)分析表一中数据,电风扇档位越高,风速越大,提升钩码到A点的时间越短,据此得出结论.
(3)分析表二风能与风速的关系,得出结论.
(4)从表格数据得出风速为10m/s时,1s内获得的能量,求出风车工作1h获得的能量(总能量);再求出风车工作1h产生的电能(有用能量);利用效率公式求风车发电的效率.
(5)求出这台发电机1h的发电量W,根据m′qη=W,求出无烟煤的质量.

解答 解:(1)因提升高度要同,则由h=vt可知,通过提升时间,可知提升的速度大小,则由P=$\frac{W}{t}$$\frac{mgh}{t}$=mgv可知输出功率的大小,故比较提升时间可知功率大小.
(2)分析表一数据可见,在提升钩码质量相同的情况下,风速越大,提升钩码到A点的时间越短,风车的输出功率越大.
(3)分析表二可知,风速在5m/s~15m/s的范围内,风车获得的能量随风速的增大而增大,当风速为原来的几倍时,风车获得的能量为原来的几倍的立方,所以风车获得的能量与风速三次方成正比关系,可得E=1200v3
(4)风速为10m/s时,1s内获得的能量为120×104J,
风车工作1h获得的能量W=120×104J×3600s=4.32×109J,
风车工作1h产生的电能W=360kW×1h=360kW•h=1.296×109J,风车发电的效率
η=$\frac{{W}_{电}}{{W}_{总}}×$100%=$\frac{1.296{×10}^{9}J}{4.32{×10}^{9}J}$×100%=30%.
(5)由题意风速为10m/s时,输出电功率为360×103W,这台发电机1h的发电量W=360×103W×3600s,设这台发电机1h的发电量相当于燃烧m′优质无烟煤的发电量,因火力发电效率约为η=36%,所以有,
m′qη=W=360×103W×3600s,所以代入已知量,m′≈1058.8kg.
故答案为:(1)提升钩码到A点的时间; 
(2)风力发电机的输出功率与风速有关,风速越大,风力发电机输出功率越大;
(3)1200v3
(4)这台发电机的发电效率是30%;
(5)1058.8.

点评 本题主要考查了对风力的发电利用问题,考查了控制变量法、转换法的应用.新能源利用是中考命题的亮点之一.从题干中获取有效的信息是解题的关键.

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11.关于测量定值电阻阻值的实验.小明设计了如图1、2所示电路的两个方案,同样可以测量未知电阻Rx,请在空格内将实验步骤补充完整

(1)【方案一】运用电压表(无电流表),一个阻值为R0的固定电阻,测量定值电阻阻值.
器材:一只电压表,一个阻值为R0的固定电阻、电源、开关和导线若干.
主要实验步骤:
①步骤一、将电压表分别与Rx和R0并联,闭合开关,读出电压表的示数分别为Ux和U0
①步骤二、根据设计的电路的特点和实验所测得的物理量,写出Rx的表达式RX=$\frac{{U}_{X}}{{U}_{0}}$R0(用符号表示).
(2)【方案二】运用电流表(无电压表),一个阻值为R0的固定电阻,测量定值电阻阻值.
器材:一只电流表,一个阻值为R0的固定电阻、电源、开关和导线若干.
主要实验步骤:
①步骤一、将电流表分别与Rx和R0并联,闭合开关,读出电流表的示数分别为Ix和I0
①步骤二、根据设计的电路的特点和实验所测得的物理量,写出Rx的表达式RX=$\frac{{{I}_{0}R}_{0}}{{I}_{X}}$(用符号表示).

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(2)请在所选的图中画出正确的绕绳方法.
(3)如果小林的实际拉力是280N,求出所选滑轮组的机械效率.
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①2.5②1③3
路程(m)时间(m)平均速度(m/s)
AB段52
BC段55
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