1、2016 学年第一学期区域共享课程征文1在绿色能源中遨游风力发电机摘要：控制风力发电机类型、风轮叶片的材料和尺寸相同，改变叶片数量、风力大小和叶片形状，测量并计算风轮转速，分析何种风轮发电机发电效率高最高，并对如何进一步提高风力发电进行探究。关键词：风力发电；风轮转速。一、问题提出：当今世界，电已成为人们生活中必不可少的物质，很难想象如果没有电我们的生活会变成什么样子。为了发电，发电机应运而生。老式的柴油发电机是将柴油的机械能转化为柴油的内能，进而转化为电能。如今，空气污染日益严重，用原有的有害能源势必会加重空气污染。于是，绿色能源逐渐走入了人们的视野，利用绿色能源发电的风力发电机也由此诞生。
2、上网搜寻查找资料得知风力发电的原理是利用风力带动风轮叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。既然提高转速能提高发电效率，那么在何种情况下风力发电机转速最大、效率最高呢？本实验就在何种情况下风力发电机发电效率最高进行研究。二、理论分析：通过观察不同风力发电机的风轮，发现风轮大多数都是三片叶片且形状为三角形，也有矩形叶片和其余数量的叶片。既然大多数都是三角形且叶片数量为三的风轮，那么在其余条件相同的情况下2016 学年第一学期区域共享课程征文2这种叶片的发电效率应该是最大的。既然是风轮，那肯定还与风力大小有关。三、实验设计：根据高一的物理知识可知，转速在国际单位制中的单位是“转每
3、秒( )”，为了方便测量和计算，使用“转每分钟（ ） ”作为/rs /minr单位。通过上网查阅资料可知，风力发电机分为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机两种类型，实验中选用“水平轴风力发电机” 。实验材料：硬纸片实验器材：电风扇（作为风源） 、固定叶片的支架、测速仪（测量转速） 。四、实施实验：先设定叶片尺寸为长：4 ；宽：1 并在硬纸片上画出并剪下cmc这种尺寸的两叶、三叶、四叶的矩形叶片。固定电风扇与支架之间的距离。 将两叶叶片固定在支架上用电风扇低风吹，用测速仪测得最大转速； 重复的操作，用电风扇中风吹，用测速仪测得最大转速； 重复的操作，用电风扇大风吹，用测速仪测得最大转速。 再分别
4、用三叶、四叶叶片重复上述实验步骤，测得数据记录在表 1 内。表 1实验序号 叶片形状 风力大 叶片数量 转速（2016 学年第一学期区域共享课程征文3小 （片） ）/minr1 2 652.5502 3 1781.8703小4 1683.9004 2 771.1505 3 2277.8706中4 2257.7507 2 888.5508 3 2378.4009矩形大4 2279.300将矩形叶片沿对角线剪下，得到三角形叶片。重复矩形叶片的实验步骤进行实验，测得数据记录在表 2 内。表 2实验序号 叶片形状风力大小叶片数量（片）转速（）/minr10 2 96.13011 3 434.53012
5、小4 623.20013 2 171.25014 3 630.20015三角形中4 917.7252016 学年第一学期区域共享课程征文416 2 340.06517 3 844.26018大4 1017.900五、数据分析：通过比较实验序号 1 和 2 和 3（或 4 和 5 和 6 或 7 和 8 和 9）的数据，可得出结论：在风力发电机类型、叶片形状和风力大小相同的前提下，叶片数量不同，风力发电机发电效率不同，且三叶发电机发电效率最高。通过比较实验序号 1 和 4 和 7（或 2 和 5 和 8 或 3 和 6 和 9）的数据，可得出结论：在风力发电机类型、叶片形状和叶片数量相同的前提下
6、，风力越大，发电机发电效率越高。通过比较实验序号 10 和 11 和 12（或 13 和 14 和 15 或 16 和 17和 18）的数据，可得出结论：在风力发电机类型、叶片形状和风力大小相同的前提下，叶片数量越多，风力发电机发电效率越高。通过比较实验序号 10 和 13 和 16（或 11 和 14 和 17 或 12 和 15和 18）的数据，可得出结论：在风力发电机类型、叶片形状和叶片数量相同的前提下，风力越大，发电机发电效率越高。综合分析表 1 和表 2 的数据，可得出结论：在风力发电机类型、风力大小、叶片数量相同的情况下，矩形叶片比三角形叶片发电效率高。说明假设是错误的，即在其余条
7、件相同的情况下，三叶三角形风轮发电效率并不是最高的。六、新的疑问：2016 学年第一学期区域共享课程征文51、为什么在其余条件相同的情况下，风速越大，风力发电效率越高？2、为什么矩形叶片在其余条件相同的情况下，三片叶片风力发电效率最高？3、为什么三叶三角形叶片在其余条件相同的情况下不是发电效率最高的，但风力发电机风轮叶片大多数都是三叶三角形叶片？七、进一步探究：上网查阅资料得知：发电机发电效率越高，功率越大。根据初中已学过的物理知识，功率（ )在数值上等于单位时间内所做的功（P） ，即 ,而能（ ）又是表示做功本领的物理量，所以 。WPtEWE在此，能为风的动能（ ） 。根据高一的物理知识，物
8、体的动能等于k物体的质量（ ）与速度平方（ ）的乘积的一半，即 ，m2v 21kmv质量是密度（ ）与体积（ ）的乘积，即 。所以VV，风柱体积等于侧面积（ ）乘以长度（ ） ，即 ，221vVSLSL所以 ，风柱长度无法直接测量，但风柱长度等于风柱21SLv由 A 位置运动到 B 位置所经过的路程（ ） （如图 1） ，即 ,所ssvt以 ，所以 ，所以在其余条22311SLvtStv3312StvP件相同的情况下，风速越大，风力发电效率越高，问题 1 得以解决。2016 学年第一学期区域共享课程征文6图 1上网搜索“风力发电机为何使用三叶叶片”词条，发现其中有许多诸如“风轮实度” 、 “风
9、能利用系数” 、 “动量理论” 、 “叶尖速比” 、“力矩”等尚未接触过的物理量，无法进行探究，希望这个问题有朝一日能得以解决。上网查找风力发电机风轮叶片的图片，仔细观察后发现叶片形状并非三角形，而是叶形（如图 2） ，由此可以推断这种叶片的发电效率要高于矩形叶片，但由于实验条件的限制，实验无法进行，希望这个问题有朝一日能得以解决。2016 学年第一学期区域共享课程征文7八、参考文献；沪教版初、高中物理教科书。上述实验就是我在“绿色能源与科技创新”区域共享课上进行的，随着环境污染的日益加重，绿色能源更加被人需要，而这门课程正与此有关，我觉得学习这门课程收获颇丰，期待有更大收获，期待能在其中快乐成长。曹杨中学高一（1）班葛奕麟联系方式：13774476732指导教师：和建伟图 2
