Question

如圖是我國(guó)西部某地區(qū)風(fēng)力發(fā)電的外景．該地區(qū)空氣密度為1.3㎏/m³，一臺(tái)風(fēng)車的輪葉轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可以形成面積為100m²的圓面．下表給出了在不同風(fēng)速下一臺(tái)風(fēng)車獲得的能量．

平均風(fēng)速（m/s）	5	10	15	20	25	30
1s內(nèi)獲得的能量（×104J）	4	8	12	16	20	24

（1）若某時(shí)間內(nèi)風(fēng)速為10m/s，一臺(tái)風(fēng)車工作1小時(shí)所產(chǎn)生的電能供10只“220V  100W”燈泡正常工作8h，求這臺(tái)風(fēng)車發(fā)電的效率．
（2）若此地年平均風(fēng)速為15m/s，100臺(tái)這樣的風(fēng)車一年（工作時(shí)間按4000h計(jì)算）獲得的風(fēng)能相當(dāng)于完全燃燒多少千克煤？（煤的熱值為3×10⁷J/㎏）
（3）若風(fēng)速為10m/s，則1min內(nèi)有多少千克的空氣流沖擊風(fēng)車輪葉轉(zhuǎn)動(dòng)形成的圓面？

Answer 1

【答案】分析：（1）根據(jù)上表所提供的數(shù)據(jù)，可求1h獲得的能量；已知燈泡的額定功率和工作時(shí)間，根據(jù)公式W=Pt可求燈泡消耗的電能；燈泡消耗的電能與風(fēng)車產(chǎn)生的電能之比就是這臺(tái)風(fēng)車發(fā)電的效率．
（2）根據(jù)所給數(shù)據(jù)先計(jì)算100臺(tái)這樣的風(fēng)車一年獲得的風(fēng)能；再根據(jù)公式W=Q=qm求出煤的質(zhì)量．
（3）先計(jì)算空氣的體積；再利用公式m=ρV求出空氣的質(zhì)量．
解答：解：（1）風(fēng)車工作1小時(shí)獲得的能量為W_總=8×10⁴J/s×3600s=2.88×10⁸J；
風(fēng)車工作1小時(shí)產(chǎn)生的電能為W=Pt=10×100W×8×3600s=2.88×10⁷J；
故風(fēng)車發(fā)電的效率為η===10%．
答：這臺(tái)風(fēng)車發(fā)電的效率為10%．
（2）100臺(tái)風(fēng)車一年獲得的電能為W₁=100×12×10⁴J/s×4000×3600s=1.728×10¹⁴J；
因?yàn)閃₁=Q=mq；
所以 1.728×10¹⁴J=m×3×10⁷J/kg；
m=5.76×10⁶㎏．
答：煤的質(zhì)量為5.76×10⁶㎏．
（3）空氣質(zhì)量m=ρV=ρsvt=1.3kg/m³×10m/s×60s×100m²=78000㎏．
答：1min內(nèi)有78000千克的空氣流沖擊風(fēng)車輪葉轉(zhuǎn)動(dòng)形成的圓面．
點(diǎn)評(píng)：本題考查消耗電能、產(chǎn)生能量、效率、質(zhì)量等的計(jì)算，關(guān)鍵是公式及其變形的靈活運(yùn)用；要學(xué)會(huì)從題目所給信息中找到有用的數(shù)據(jù)，解題過(guò)程中要注意單位的換算．