Question

在2008年國際金融危機以來，我國為了應對危機確保國民經(jīng)濟健康穩(wěn)定的發(fā)展，采取了一系列的措施，加大基礎設施建設的投入，其中發(fā)展風力發(fā)電就是重要的一項，如圖所示．如果一臺風力發(fā)電機組連同底座總質量為80t，中間的鋼柱高61.5m，底部面積約12m²；與主機連在一起的3片“風葉”，每片長37.5m，面積約為20m²．
（1）發(fā)電機的工作原理是______；
風力發(fā)電機工作時的能量轉化是______．
（2）發(fā)電機組對地面的壓強是多少？（g取10N/kg）
（3）若平均風速為6m/s，空氣的密度為1.29kg/m³，則每分鐘吹過每個葉片上的空氣質量是多少？
（4）若一個風力發(fā)電廠預計一年總發(fā)電量為2.16×10⁷kw?h，與火力發(fā)電相比，每年可節(jié)約多少t標準煤？（標準煤的熱值為3×10⁷J/kg）

Answer 1

【答案】分析：（1）發(fā)電機是產(chǎn)生電能的機器，據(jù)實際情況判斷風力發(fā)電機原理和發(fā)電過程中的能量轉化情況即可；
（2）此時發(fā)電機組對地面的壓力就等于發(fā)電機組的重力，已知其接觸面積，據(jù)公式P=計算即可；
（3）每分鐘吹過每個葉片上的空氣看做一個長方體，據(jù)風速和時間可計算出空氣在這段時間內(nèi)所走的路程，而后據(jù)葉片的面積可計算成這段空氣柱的體積，在據(jù)密度公式可以計算出這段時間吹過每個葉片的空氣的質量．
（4）把風力發(fā)電廠預計一年總發(fā)電量的單位換算成焦耳，由于燃燒煤所產(chǎn)生的熱量與上面的發(fā)電量是相等的，故據(jù)公式Q=mq的變形公式可計算出每年可節(jié)約的煤的質量．
解答：解：（1）發(fā)電機是利用電磁感應現(xiàn)象的原理制成的，風力發(fā)電機工作時，風推動葉片轉動，將風能轉化為葉片的機械能，再通過發(fā)電機轉化為電能．
（2）此時發(fā)電機組對地面的壓力是F=G=mg=80000kg×10N/kg=800000N；已知底座的面積是12m²
故發(fā)電機組對地面的壓強是P==≈66666.7Pa；
（3）在半分鐘內(nèi)空氣所走的路程是：S=vt=6m/s×60s=；
此時該部分空氣的體積為V=Sh=20m²×360m=7200m³
故此時吹過葉片的空氣的質量是m=ρv=1.29kg/m³×7200m³=9288kg；
（4）由題知，Q_放=W_電=2.16×10⁷kw?h=7.776×10¹³J；
∵Q_放=mq，
∴需要標準煤的質量：
m===2592000kg=2592t．
故答案為：（1）電磁感應；風能先轉化為葉片的機械能，而后通過發(fā)電機在將機械能轉化為電能；（2）66666.7Pa；（3）9288kg；（3）2592t．
點評：本題是一道電學、熱學、力學的綜合計算題，難度不大、知識點多、和實際生活聯(lián)系，屬于中考常見題型