35. 风车是利用风力做功的装置。小明带领物理兴趣小组同学制作了一架小风车,想粗略测定风车在一定风速下做功的功率,利用
实验装置进行实验:
① 将叶片安装在风车底座上,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1 m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。
(1)实验时,若测得钩码上升到A点的高度h、所用的时间t、钩码的质量m,则风车做功的功率P=
(2)实验交流时,兴趣小组的同学又提出了“风车做功的功率与风速有什么关系”的问题,于是同学们进行了探究并将实验收集到的数据记录在下表中(注:电风扇挡位越高,风速越大)。

① 实验中,通过测量
② 由表格数据可初步得出:在其他条件相同时,风速越大,风车的输出功率
(3)兴趣小组同学在交流评估时,有成员提出“上述结论是否符合普遍规律?”的疑问,小明从网上查到风速与风力发电机的输出功率的关系如下表:

① 小虎由表格数据得出:风速为14 m/s时风力发电机的输出功率最大。你认为他的判断是
② 根据表中数据分析,随着风速的增大,给风电场发电带来的经济效益
① 将叶片安装在风车底座上,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1 m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。
(1)实验时,若测得钩码上升到A点的高度h、所用的时间t、钩码的质量m,则风车做功的功率P=
$\frac{mgh}{t}$
(表达式中的物理量均用符号表示)。(2)实验交流时,兴趣小组的同学又提出了“风车做功的功率与风速有什么关系”的问题,于是同学们进行了探究并将实验收集到的数据记录在下表中(注:电风扇挡位越高,风速越大)。
① 实验中,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 由表格数据可初步得出:在其他条件相同时,风速越大,风车的输出功率
越大
(选填“越大”或“越小”)。(3)兴趣小组同学在交流评估时,有成员提出“上述结论是否符合普遍规律?”的疑问,小明从网上查到风速与风力发电机的输出功率的关系如下表:
① 小虎由表格数据得出:风速为14 m/s时风力发电机的输出功率最大。你认为他的判断是
不准确
(选填“准确”或“不准确”)的,理由是没有仔细探究14 m/s附近的风速时的风力发电机的输出功率,可能是略大于或略小于14 m/s时风力发电机的输出功率最大
。② 根据表中数据分析,随着风速的增大,给风电场发电带来的经济效益
先变大后变小
(选填“变大”“变小”“先变大后变小”或“先变小后变大”)。答案
35. (1) $\frac{mgh}{t}$ (2) ① 提升钩码到A点的时间 ② 越大 (3) ① 不准确 没有仔细探究14 m/s附近的风速时的风力发电机的输出功率,可能是略大于或略小于14 m/s时风力发电机的输出功率最大 ② 先变大后变小
解析
【分析】
本题围绕风车功率的测定展开,需结合功、功率的计算,实验方法的应用及数据分析逻辑解题:
1. 第(1)问:风车做功提升钩码,功等于克服钩码重力做的功,功率为功与时间的比值,据此推导表达式。
2. 第(2)问:实验中控制钩码质量、提升高度相同,功率大小可通过转换法,由提升相同高度的时间反映;对比表格中风速与时间的关系,判断功率与风速的变化规律。
3. 第(3)问:①判断功率最大值需覆盖风速的连续变化,仅部分数据无法确定14m/s是最大值;②分析风力发电机功率随风速的变化趋势,对应经济效益的变化。
【解析】
(1)风车对钩码做的功等于克服钩码重力做的功,即$ W = Gh = mgh $,根据功率公式$ P = \frac{W}{t} $,可得风车做功的功率$ P = \frac{mgh}{t} $。
(2)①实验中控制钩码质量、提升高度相同,风车功率越大,提升钩码到A点的时间越短,因此通过测量提升钩码到A点的时间比较风车输出功率的大小;②由表格数据可知,风速挡位越高(风速越大),提升相同高度的时间越短,说明风车的输出功率越大。
(3)①表格仅给出部分风速对应的风力发电机输出功率,未探究14m/s附近风速的功率,无法确定14m/s时输出功率最大,因此判断不准确,理由是:没有仔细探究14 m/s附近的风速时的风力发电机的输出功率,可能是略大于或略小于14 m/s时风力发电机的输出功率最大;②由风力发电机的功率数据可知,随着风速增大,输出功率先变大后变小,因此给风电场发电带来的经济效益先变大后变小。
【答案】
(1) $\frac{mgh}{t}$ (2) ① 提升钩码到A点的时间 ② 越大 (3) ① 不准确 没有仔细探究14 m/s附近的风速时的风力发电机的输出功率,可能是略大于或略小于14 m/s时风力发电机的输出功率最大 ② 先变大后变小
【知识点】
功率的计算、转换法、实验数据分析
【点评】
本题为实验探究类题目,考查功率的计算、实验方法的应用及数据分析的严谨性,需学生掌握转换法、控制变量法的应用,同时具备分析实验数据的逻辑思维能力。
【难度系数】
0.5
本题围绕风车功率的测定展开,需结合功、功率的计算,实验方法的应用及数据分析逻辑解题:
1. 第(1)问:风车做功提升钩码,功等于克服钩码重力做的功,功率为功与时间的比值,据此推导表达式。
2. 第(2)问:实验中控制钩码质量、提升高度相同,功率大小可通过转换法,由提升相同高度的时间反映;对比表格中风速与时间的关系,判断功率与风速的变化规律。
3. 第(3)问:①判断功率最大值需覆盖风速的连续变化,仅部分数据无法确定14m/s是最大值;②分析风力发电机功率随风速的变化趋势,对应经济效益的变化。
【解析】
(1)风车对钩码做的功等于克服钩码重力做的功,即$ W = Gh = mgh $,根据功率公式$ P = \frac{W}{t} $,可得风车做功的功率$ P = \frac{mgh}{t} $。
(2)①实验中控制钩码质量、提升高度相同,风车功率越大,提升钩码到A点的时间越短,因此通过测量提升钩码到A点的时间比较风车输出功率的大小;②由表格数据可知,风速挡位越高(风速越大),提升相同高度的时间越短,说明风车的输出功率越大。
(3)①表格仅给出部分风速对应的风力发电机输出功率,未探究14m/s附近风速的功率,无法确定14m/s时输出功率最大,因此判断不准确,理由是:没有仔细探究14 m/s附近的风速时的风力发电机的输出功率,可能是略大于或略小于14 m/s时风力发电机的输出功率最大;②由风力发电机的功率数据可知,随着风速增大,输出功率先变大后变小,因此给风电场发电带来的经济效益先变大后变小。
【答案】
(1) $\frac{mgh}{t}$ (2) ① 提升钩码到A点的时间 ② 越大 (3) ① 不准确 没有仔细探究14 m/s附近的风速时的风力发电机的输出功率,可能是略大于或略小于14 m/s时风力发电机的输出功率最大 ② 先变大后变小
【知识点】
功率的计算、转换法、实验数据分析
【点评】
本题为实验探究类题目,考查功率的计算、实验方法的应用及数据分析的严谨性,需学生掌握转换法、控制变量法的应用,同时具备分析实验数据的逻辑思维能力。
【难度系数】
0.5
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