现代科技中的物理学(五)

现代科技中的物理学(五) 1．请阅读《风能及其利用》回答问题。 风能及其利用 风具有能量吗？“八月秋高风怒号，卷我屋上三重茅。”很久以前我们的祖先就用诗句描述了风可以推动物体，具有对外做功的本领。风能是空气流动产生的动能。动能是人类很早就认识的一种能量形式。你知道风能在人类的生活和生产中有哪些应用吗？ 我国风能资源丰富，立轴大风车及其驱动的龙骨水车（广泛应用不晚于12世纪）是体型巨大，结构复杂的风力提水机械，曾应用于农田灌溉和制盐生产（如图为现代仿制立轴大风车及龙骨水车）。立轴大风车最为特别之处在于风帆的自动调节功能，它巧妙地借助了中国式船帆的结构与操控方式，当风帆转到顺风一边，它自动与风向垂直，受风面积最大；当风帆转到逆风一边时，就自动与风向平行，所受阻力最小。风帆升起后，不论风向如何，风车可以接受360度任何方向的来风，使风吹动风帆转动起来，进一步驱动龙骨水车向上提水，操控运行便捷，灵活。 风能资源不同于化石燃料，风能是可再生无污染的清洁能源。在当今能源短缺情况下，开发风力发电满足能源需求得到重视（如图为风力发电机）。 风力发电是通过一定的装置，将风能转变成机械能，再将机械能转变为电能。如图所示为某风力发电机结构示意如图，它的原理是利用风力带动风车的旋转器（叶片）旋转，再通过增速机将旋转速度提升到发电机的额定转速，又通过调速机构使其转速保持稳定，然后连接到发电机上发电，发电机利用电磁铁将动能转化为电能。 依据目前的风力发电技术，大约3m/s的微风速度即开始发电。太小的风速不能利用，风力机能正常工作的风速一般为3～22m/s，超风速时，风力机自动闭锁。据测定，一台55kW的风力发电机组，当风速为9.5m/s时，机组的输出功率为55kW；风速为8m/s时，功率为38kW；风速为6m/s时，功率只有16kW；风速为5m/s时，功率仅为9.5kW。 我国的风力资源极为丰富，许多地区的平均风速都在3m/s以上，特别是东北、西北、西南地区和沿海岛屿，平均风速更大，适宜发展风力发电。风力发电的优点很多：清洁，环境效益好；可再生，永不枯竭；基建周期短；装机规模灵活。但也有一些不可回避的问题，如噪声大，占用土地多，不稳定不可控，影响鸟类生存等。 请根据上述材料，回答下列问题： （1）立轴风车及其驱动的龙骨水车风力提水机械工作过程中，风吹动风帆转动起来，进一步驱动龙骨水车向上提水，水被提到高处后，实现了风的________（选填“动能”或“势能”）向水的势能的转换。 （2）风力发电机工作时，有多种形式的能量转移或转化，请举出一例________。 （3）一位同学认为：对于同一台风力发电机组而言，任何风速情况下，风速越大，机组输出的功率越大。请写出你是否同意这位同学的说法________，同时简述你的理由________。 2．阅读短文，回答问题。 油电混合动力型汽车 如图所示，油电混合动力型汽车主要由汽油发动机、电动机和动力电池组成。汽车的内置电脑可以自动选择牵引方式带动车辆运行。其中发动机牵引方式能发挥纯发动机汽车在除霜、制冷、爬坡，续航里程长等方面的优势；而电动机牵引方式则具有噪音小、零排放、频繁启动和制动时能耗小等纯电动汽车的优势。 这种汽车不需要像纯电动汽车一样将它的动力电池接到电源插座上去充电，因为它在减速制动时，电动机作为发电机使用，将一部分动能转化为电能，实现对电池的充电。这种汽车还整合了发动机和电动机的工作优势，热效率提高了10%左右，废气排放量可改善30%以上。 （1）通常在兰州市区内早高峰时段行驶时，内置电脑会将车辆自动切换到___________牵引方式（选填“电动机”或“发动机”），这种方式的优点之一是___________。 （2）在减速制动时，混合动力型汽车的动能转化为___________能和电能；此时，电动机作为发电机使用，它发电的原理是___________。 3．请阅读短文，并回答问题： 电熨斗 生活中常用电熨斗来熨烫衣服。甲图为常见的电熨斗，它是利用电流热效应工作的。图乙是电熨斗结构图。 电熨斗中有一个双金属片制成的自动开关。双金属片是由长和宽相同的铜片和铁片组成，且两金属片被紧紧地铆在一起，受热时铜片膨胀得比铁片大，双金属片便向铁片那边弯曲，温度越高，弯曲得越显著。常温时，双金属片端点的触点与弹性铜片上的触点相接触，当电熨斗与电源接通时，电热丝发热，双金属片受热弯曲，当温度升高到设定温度时，双金属片顶端的触点与弹性铜片上的触点分离，电路断开。金属底板散热，温度降低，双金属片恢复原状，电路接通。电熨斗工作时的温度可以调节，将调温旋钮上的升降螺丝上下调节，弹性铜片上的触点随之上下移动。双金属片弯曲程度不同，金属底板温度也就不同。由于衣服的质料不同，熨烫时所需的温度也各不相同。一般来说，棉织品比化纤