1[2026浙江温州模拟,中]我国太阳能、风能等新能源储量丰富,如何科学合理进行利用值得探究。深圳某学校学生开展了点亮小屋——为节能屋寻找新能源的跨学科项目式活动,要求基于深圳的地形特点及新能源利用的具体途径,利用新能源点亮所制作的节能屋。学生分组研究不同能源的利用方式并形成调查报告,例如结合地理学、环境保护等知识设计风能的利用方案,结合数学、地理学等知识设计太阳能的利用方案,完成小屋模型的制作,利用物理知识设计电路,最终点亮小屋。以下是他们开展项目的过程。




(1)为点亮小屋,追光组设计师对节能小屋的部分电路进行设计,如图1所示,它(填“符合”或“不符合”)安全用电原则。
(2)小深组调研发现,风力发电有两种不同类型,一是独立运行的离网型(如图2)。离网型发电规模小,工作时将风能先转化为电能,再转化为储存在蓄电池中来解决供电问题。二是接入电力系统运行的并网型(如图3),并网型发电系统的实际发电功率与风速的关系如图4所示,发电功率稳定时才能直接接入电力系统运行。小深组查得深圳年平均风速为2.4 m/s,推测深圳大部分地区(填“能”或“不能”)使用并网型风力发电。
(3)如图5,凤凰组制作的风力发电机单个叶片转过一周的面积为$6.4×10^{-3}\ \mathrm{m}^2$,当风以5 m/s的速度垂直通过叶片旋转面时,风能密度为$75\ \mathrm{J}/(\mathrm{m}^2·\mathrm{s})$(空气在1秒内以速度v流过单位面积产生的动能称为风能密度),发电机1 s输出的电能为0.12 J,则该风力发电机对风能的利用效率为。
(4)如图6,追光组对太阳能电池板摆放角度进行研究。角1为当地的太阳高度角,正午太阳高度角$=90° - |\mathrm{当地纬度}\pm\mathrm{太阳直射点纬度}|$(二者同在南北半球用“-”,不同在南北半球用“+”)。深圳的纬度为北纬$22.5°$,春分日太阳直射点纬度为$0°$,为最大限度利用太阳能,该日正午太阳能电池板摆放的角度为。
(5)节能建筑的设计要考虑开源节流两个方面,开源即寻找新能源,节流即通过建筑本身设计实现冬暖夏凉等功能,从而减少能源的消耗。请你从节流角度对节能屋的设计提出建议:。

1.(1)不符合 (2)化学能 不能 (3)25%
(4)22.5° (5)房屋应坐北朝南,然后选用导热性能差的材料制造房屋(合理即可)
【解析】(1)图1中,开关应该接在火线与灯泡之间,故图1中的设计不符合安全用电原则。
(2)离网型发电规模小,工作时将风能先转化为电能,再转化为化学能储存在蓄电池中来解决供电问题。深圳年平均风速为2.4 m/s,由图4可知,此时发电功率不稳定,故可推测深圳大部分地区不能使用并网型风力发电。
(3)发电机1 s输出的电能为$W_\mathrm{有}=0.12\ \mathrm{J}$,1 s利用的风能为$W_\mathrm{总}=75\ \mathrm{J}/(\mathrm{m}^2·\mathrm{s})×6.4×10^{-3}\ \mathrm{m}^2×1\ \mathrm{s}=0.48\ \mathrm{J}$,该风力发电机对风能的利用效率为$\eta=\frac{W_\mathrm{有}}{W_\mathrm{总}}=\frac{0.12\ \mathrm{J}}{0.48\ \mathrm{J}}=25\%$。(4)深圳的纬度为北纬22.5°,春分日太阳直射点纬度为0°,代入题图所给公式可得该日正午太阳高度角为67.5°,为最大限度利用太阳能,太阳能电池板需要垂直于太阳光线,90°-67.5°=22.5°,故该日正午太阳能电池板摆放的角度为22.5°。(5)从节流角度来说,房屋应坐北朝南,然后选用导热性能差的材料制造房屋,这样可以减少能量损耗。