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如图甲所示是陕西黄龙界头庙风电场,风电场是利用风能并结合一系列发电机组从而达到用风力发电的目的。风力发电机的发电功率大小可能与哪些因素有关?小明猜想风力发电机的发电功率可能与风速大小、扇叶数量、扇叶形状、扇叶与风向的夹角等因素有关。
(1)空气流动形成了风,小明分析:一定质量的空气,风速越,空气的机械能越大,通过风力发电机可转化的电能越多。
(2)为了验证猜想,小明利用如图乙所示的装置进行探究。实验时,将实验装置放在水平工作台上,风机出风口正对发电机扇叶吹风,扇叶转动带动发电机工作。在风力发电机外部接入定值电阻、电压表和电流表,通过测量电阻两端电压和电路中电流的大小,可反映出发电机的发电功率大小。控制风机出风口风速一定,保持风机与发电机扇叶之间的不变,分别改变发电机的扇叶数量、扇叶形状、扇叶与风向的夹角θ,观察各种情况下工作电路中电压表、电流表示数并记录在下表中。
扇叶与风向的夹角θ | 三片 | 四片 |
4cm直扇叶 | 4cm弧形扇叶 | 4cm直扇叶 | 4cm弧形扇叶 |
电压 | 电流 | 电压 | 电流 | 电压 | 电流 | 电压 | 电流 |
15° | 0 | 0 | 0.6 | 0.06 | 0 | 0 | 1.0 | 0.10 |
30° | 0 | 0 | 1.1 | 0.12 | 0.4 | 0.04 | 1.5 | 0.16 |
45° | 1.3 | 0.14 | 2.0 | 0.20 | 1.5 | 0.16 | 2.2 | 0.22 |
60° | 1.0 | 0.10 | 1.2 | 0.13 | 1.3 | 0.12 | 1.6 | 0.16 |
75° | 0 | 0 | 0.7 | 0.07 | 0.8 | 0.08 | 1.2 | 0.12 |
分析表中的实验数据可知:
①当风速、扇叶与风向的夹角、一定时,(选填“三”或“四”)片扇叶的风力发电机发电功率较大。
②风力发电机的发电功率与扇叶的形状(选填“有关”或“无关”)。
③其他条件相同时,当扇叶与风向的夹角越大,风力发电机的发电功率如何变化:。
(3)小明查阅资料了解到,在实际应用中,大型风力发电机的扇叶长达40m以上,由此他分析,风力一定时,可利用空间区域越大,蕴含的风能越多,因此风力发电机的发电功率还可能与有关。