Question

（2012?曲阜市模擬）某電力公司開發(fā)出一種圓柱形氣球狀的發(fā)電機（如圖），氣球體積3.0×10⁵m³，懸于風(fēng)力充足的300m高空，整個裝置質(zhì)量為5.2t，中心處大的風(fēng)扇隨風(fēng)轉(zhuǎn)動，帶動發(fā)電機．產(chǎn)生的電流通過系著的電線到地面，但該風(fēng)力發(fā)電機5m/s以上的風(fēng)速才可以發(fā)電．曲阜北部地區(qū)春秋季風(fēng)力大，持續(xù)時間長，可以考慮利用該裝置在曲阜北部地區(qū)開發(fā)風(fēng)力發(fā)電．下表是該風(fēng)力發(fā)電機在不同風(fēng)速下的發(fā)電功率．

風(fēng)速m/s	5	6	7	8	9	10
功率kW	9	22	34	44	53	60

請完成以下問題：
（1）假設(shè)300m高空的空氣密度為1.2kg/m³，氣球在高空受到的浮力是多少N？
（2）整個裝置重為多少N？（g=10N/kg）
（3）假如地面大氣壓為一標準大氣壓，每升高12m，大氣壓降低1mm汞柱，發(fā)電機處的大氣壓為多少mm汞柱？
（4）某天平均風(fēng)速5m/s，1天獲得的電能假設(shè)全部用于帶動電動抽水機工作，能把多少kg水抽到9m高的水池里？
（5）若曲阜北部地區(qū)每年平均風(fēng)速7m/s，該風(fēng)力發(fā)電機每年工作4600h，則它的年發(fā)電量相當(dāng)于多少kg汽油完全燃燒放出的熱量？（汽油的熱值4.6×10⁷J/kg）
（6）風(fēng)能是屬于

可

再生能（選填“可”或“不可”），根據(jù)發(fā)電機工作的原理推測其內(nèi)部必備的組成是

磁體

和線圈．
（7）該風(fēng)力發(fā)電機的優(yōu)點是

清潔環(huán)保

，缺點是

不穩(wěn)定

（各寫一條）

Answer 1

分析：（1）知道氣球的體積和高空的空氣密度，根據(jù)阿基米德原理求出氣球受到的浮力（阿基米德原理既適用于液體，也適用于氣體）．
（2）知道裝置的質(zhì)量，根據(jù)G=mg求出裝置的重力．
（3）根據(jù)大氣壓每升高12m下降1mm汞柱，求出上升300m，大氣壓的值．
（4）在表中查出風(fēng)速是5m/s時的功率，求出一天風(fēng)所做的功，求出這些功轉(zhuǎn)化為電能使水升高，能把多少N的水升高9m，再求出水的質(zhì)量．
（5）在表格中找出風(fēng)速是7m/s時的功率，工作4600h，風(fēng)做功多少，這些功轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，等于汽油完成燃燒放出的熱量，根據(jù)W=mq，求出完全燃燒汽油的質(zhì)量．
（6）風(fēng)能取之不盡用之不竭，是可再生能源．
發(fā)電機是利用電磁感應(yīng)工作的，裝置內(nèi)部一定要線圈和磁體．
（7）風(fēng)能清潔環(huán)保，但是不穩(wěn)定．

解答：解：（1）氣球在高空受到的浮力：
F_浮=ρ_空氣gV_排=ρ_空氣gV_球=1.2kg/m³×10N/kg×3.0×10⁵m³=3.6×10⁶N．
（2）裝置質(zhì)量：m=5.2t=5.2×10³kg，
裝置的重力：G=mg=5.2×10³kg×10N/kg=5.2×10⁴N．
（3）大氣壓每升高12m下降1mmHg，升高300m，大氣壓下降mmHg為：

300m

12m

=25（mmHg），
所以300m高空的大氣壓為：760mmHg-25mmHg=735mmHg．
（4）在表中查出風(fēng)速為5m/s時的功率P=9kW=9000W，
∵P=

W

t

，
∴工作一天，風(fēng)做功為：W=Pt=9000W×24×3600s=7.776×10⁸J，
∵W=Gh，
∴這些功轉(zhuǎn)化為電能使水升高9m，被升高水的重力為：G=

W

h

=

7.776×108J

9m

=8.64×10⁷N．
水的質(zhì)量為：m=

G

g

=

8.64×107N

10N/kg

=8.64×10⁶kg．
（5）在表中查出風(fēng)速為7m/s時的功率P'=34kW=34000W，
工作4600h，風(fēng)做功為：W'=P't'=34000W×4600×3600s=5.6304×10¹¹J，
∴這些功完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，完全用汽油完全燃燒活動，需要的汽油質(zhì)量為：
m=

W′

q

=

5.6304×1011J

4.6×107J/kg

=12240kg．
答：（1）氣球在高空受到的浮力是3.6×10⁶N．
（2）整個裝置重為5.2×10⁴N．
（3）發(fā)電機處的大氣壓為735mm汞柱．
（4）某天平均風(fēng)速5m/s，1天獲得的電能假設(shè)全部用于帶動電動抽水機工作，能把8.64×10⁶kg水抽到9m高的水池里．
（5）若曲阜北部地區(qū)每年平均風(fēng)速7m/s，該風(fēng)力發(fā)電機每年工作4600h，則它的年發(fā)電量相當(dāng)于12240kg汽油完全燃燒放出的熱量．
（6）風(fēng)能取之不盡用之不竭，是可再生能源．
發(fā)電機是利用電磁感應(yīng)工作的，裝置內(nèi)部一定要線圈和磁體．
（7）風(fēng)能清潔環(huán)保，但是不穩(wěn)定．
故答案為；（6）可；磁體；（7）清潔環(huán)保；不穩(wěn)定．

點評：（1）阿基米德原理既適用于液體，也適用于氣體．
（2）本題把功和燃料完全燃燒放出的熱量聯(lián)系起來，把功和克服重力做功聯(lián)系起來，綜合性很強，有一定的難度．