1. 阅读材料,回答问题

风力发电

风能是一种清洁的可再生能源,利用风力发电将助力我国实现碳中和目标,风力发电机组主要由叶片、齿轮箱、发电机等组成,其简化结构如题图甲所示。叶片横截面的设计原理如图乙所示,一面较平,另一面较弯曲。叶片在风的作用下旋转,经过齿轮箱增速后,发电机转子高速旋转发电。某风力发电机组利用齿轮箱可实现叶片转1圈,发电机转子转20圈。风力发电机组输出功率P与风速v的关系如图丙所示。在的范围内5m/s≤v≤10m/s,P与v的三次方成正比。风力发电机组所在风场某段时间内的风速v与时间t的关系如图丁所示。(为方便计算,图丙和图丁数据已作简化处理。)

(1) 完成下列风力发电的主要能量转化流程图:①,②

(2) 当风正面垂直吹向静止叶片时,如图乙所示,从正面看,叶片A会(选填“顺时针”或“逻时针”)转动;
(3) 当风速为12m/s时,风力发电机组工作1h输出的电能相当于kg的煤完全燃烧放出的热量;(q=3.0×107J/kg)
(4) 当风速为13m/s时,发电机转子1min转400圈,若发电机输出电能1kW·h,叶片需要转动圈。
【考点】
燃料的热值; 能量的转化或转移; 流体压强与流速的关系; 电功率的计算;
【答案】

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1. 在跨学科实践课上,某小组开展了关于“抽水蓄能电站”的学习活动,下面是该小组查找到的部分资料,请帮助完成下列内容:

抽水蓄能电站,被誉为电力系统的“超级充电宝”。抽水蓄能是一种以水为能量载体,通过抽水和放水过程实现能量存储和利用的储能技术。抽水蓄能电站的上水库用于储蓄能量。下水库用于储蓄从上水库发电过程放下来的水。输水系统是电站储蓄的水在上水库与下水库之间双向流动的传输通道,抽水蓄能电站,一般由上水库、输水系统、下水库、可逆水轮机、电动发电机等组成(如图甲所示)。

用电低谷时的电能将水抽到上水库进行蓄能,当用电高峰来临时,再通过放水至下水库发电的方式将之前储存的电能释放出来,以满足高峰期的电力需求,抽水蓄能电站可有效调节电力系统的供需,使其达到动态平衡,节能环保,实现较大的社会经济效益,有利于可持续发展。

(1)抽水蓄能电站抽水过程中的能量转化是将电能转化为水的能;

(2)图甲描绘了用电量随每日时间的变化规律,分析可知,每天把下水库的水抽到上水库的时间段是

A.“上午8时—晚上10时”                                        

B.“晚上10时—次日早上8时”

(3)上水库放水过程中,水冲击可逆水轮机,进而带动电动机线圈转动,如图丙所示,这是利用现象对外供电的;

(4)抽水蓄能电站,某天放水发电量3.6×1012J,如果这些电能传统的火力发电站提供,火力发电站的效率约为40%,利用水力力电相当于节约了t煤炭(q煤炭=3×107J/kg);

(5)蓄能电站在抽水、蓄水、放水过程中存在能量损耗。下面表格记录的是一段时期蓄能电站用电、蓄能、发电的数据信息,那么这段时间内蓄能发电的综合效率η=

抽水用电量W1

水体的势能W2

放水发电量W3

5.76×1013J

4.032×1013J

3.6288×1013J

(6)电能作为二次能源,在输送方式、绿色环保等方面都要优于煤炭、石油等传统的化石能源。通过本次学习活动,请你谈谈电能与化石能源相比还有什么优势

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3. 阅读短文,回答问题。

微纳米机器人

何谓微纳米机器人?我们可以粗略定义:它们是一种智能微机械系统,尺寸通常从亚毫米到几十纳米,被考虑用于在复杂微尺度环境下适应性地自主完成可控微操作。

机器的微型化提供了一种探索微观世界的全新视角和有效工具,微纳米机器人技术的发展对探索生命的奥秘具有重要意义。在医学方面,微纳米机器人在微创介入、靶向输运、快速救治、早期诊断及组织修复等精准医疗领域潜力巨大,对微细供血动脉进行栓塞封堵及血栓清除。除此之外,微纳米机器人未来也能在河海污水净化、大气污染防治以及生物降解与催化等环境工程领域发挥重要作用。这些微小智能体,自组织群集运动,来精准调控局部流场微扰动,并通过携带、运载及释放生物酶或催化剂,有选择性地识别污染物,大幅提高有机分子、海洋油污、致病微生物、微塑料、重金属等污染物的捕获、去除、降解或修复效率。

(1)微纳米机器人的最小尺寸可以到达纳米级别,1nm=m;

(2)在医学方面,微纳米机器人可以对血管中的血栓进行清除,在清除过程中,机器人的电能转化为能;在环境治理方面,微纳米机器人可以通过,有选择性地识别污染物;

(3)微纳米机器人将在各个领域发挥巨大作用,随着技术的不断发展,你认为微纳米机器人将会解决哪些问题?(举出1例即可)。

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