Question

1．武都引水工程被譽(yù)為“第二個(gè)都江堰”，具有防洪、灌溉、生態(tài)環(huán)保、國(guó)土資源保護(hù)、工業(yè)生活供水、旅游以及發(fā)電等綜合利用功能的大型骨干水利工程．作為武引一期工程的骨干屯水庫(kù)--沉抗水庫(kù)位于綿陽(yáng)市的游仙區(qū)沉抗鎮(zhèn)境內(nèi)，距離綿陽(yáng)市區(qū)15公里，現(xiàn)已成為綿陽(yáng)的著名旅游景點(diǎn)“仙海風(fēng)景區(qū)”．作為二期工程內(nèi)容的武都水庫(kù)位于我市江油武都鎮(zhèn)的涪江干流上．總庫(kù)容5.72億立方米，碾壓混凝土大壩高120米，設(shè)計(jì)控灌面積228萬(wàn)畝．武都電站是依托武都水庫(kù)興建的壩后式電站，裝有三臺(tái)機(jī)組，總裝機(jī)容量15萬(wàn)千瓦（g=10N/kg，ρ_水=1.0×10³kg/m³）．
①若電站實(shí)際年平均發(fā)電量為6.1億kW•h，電力系統(tǒng)吸收的有效電量為5.745億kW•h，其中電廠用電0.5%，出廠后專用輸變電損失1%，按平均上網(wǎng)電價(jià)0.28元/kW•h計(jì)算，電站年收益多少億元？（保留三位數(shù)）
②若電站水面落差（水面與發(fā)電機(jī)之間的高度差）為80m，按裝機(jī)容量滿負(fù)荷發(fā)電，發(fā)電機(jī)機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的效率為75%，水的流量Q為多少？（流量Q：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流過(guò)截面積的體積）
③仙海中學(xué)興趣小組在仙海湖面上做實(shí)驗(yàn)，用一機(jī)動(dòng)船拖拉一無(wú)動(dòng)力的木船以1.5m/s勻速前進(jìn)，機(jī)動(dòng)船的質(zhì)量為2×10³kg，內(nèi)燃機(jī)功率為170kW，木船下部都可以視為長(zhǎng)方體，底面面積為12m²，吃水深度0.4m，兩船受到的阻力都是船重的0.5倍，機(jī)動(dòng)船的內(nèi)燃機(jī)效率是多少？

Answer 1

分析 ①知道電力系統(tǒng)吸收的有效電量、電廠用電率、出廠后專用輸變電損失率和平均上網(wǎng)電價(jià)，由題意可求出電站年收益；
②根據(jù)W=Pt求出1s內(nèi)發(fā)電機(jī)組的發(fā)電量，根據(jù)η=$\frac{{W}_{電}}{{W}_{水}}$×100%的變形公式W_水=$\frac{{W}_{電}}{η}$求出1s內(nèi)流下的水具有的機(jī)械能，
再根據(jù)W_水=Gh的變形公式G=$\frac{{W}_{水}}{h}$求出流下的水的重力，進(jìn)而知道水的質(zhì)量，根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$的變形公式求出1s內(nèi)流下的水的體積即為水的流量Q；
③根據(jù)幾何公式V=Sh求出木船下部排開(kāi)水的體積，然后根據(jù)F_浮=ρ_水gV_排木船受到的浮力，根據(jù)漂浮時(shí)G=F_浮求出木船受到的重力，進(jìn)而得出木船行駛時(shí)受到的阻力；
根據(jù)G=mg求出機(jī)動(dòng)船的重力，進(jìn)而得出機(jī)動(dòng)船行駛時(shí)受到的阻力，根據(jù)二力平衡條件求出機(jī)動(dòng)船的牽引力，然后根據(jù)P=Fv求出機(jī)動(dòng)船的有用功率，
最后利用η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}(cāng)}$×100%=$\frac{{P}_{有}t}{{P}_{總}(cāng)t}$×100%=$\frac{{P}_{有}}{{P}_{總}(cāng)}$×100%求出機(jī)動(dòng)船的內(nèi)燃機(jī)效率．

解答 解：①由題意可知，電站年收益：
n=5.745億kW•h×（1-0.5%）×（1-1%）×0.28元/（kW•h）≈1.58億元．
②總裝機(jī)容量：P=15萬(wàn)千瓦=1.5×10⁸W，
由P=$\frac{W}{t}$得，1s內(nèi)發(fā)電機(jī)組的發(fā)電量：
W_電=Pt=1.5×10⁸W×1s=1.5×10⁸J，
由η=$\frac{{W}_{電}}{{W}_{水}}$×100%得，1s內(nèi)流下的水具有的機(jī)械能（水的重力做的功）：
W_水=$\frac{{W}_{電}}{η}$=$\frac{1.5×1{0}^{8}J}{75%}$=2×10⁸J，
由W_水=Gh得，1s內(nèi)流下的水的重力：
G=$\frac{{W}_{水}}{h}$=$\frac{2×1{0}^{8}J}{80m}$=2.5×10⁶N，
由G=mg得，1s內(nèi)流下的水的質(zhì)量：
m=$\frac{G}{g}$=$\frac{2.5×1{0}^{6}N}{10Nkg}$=2.5×10⁵kg，
由ρ=$\frac{m}{V}$得，1s內(nèi)流下的水的體積：
V=$\frac{m}{{ρ}_{水}}$=$\frac{2.5×1{0}^{5}kg}{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}}$=250m³，
即水的流量Q=250m³/s．
③木船下部排開(kāi)水的體積：V_排=Sh=12m²×0.4m=4.8m³，
木船受到的浮力：F_浮=ρ_水gV_排=1.0×10³kg/m³×10N/kg×4.8m³=4.8×10⁴N，
因?yàn)槟敬�漂浮在水面上，所以木船受到的重力：G_木=F_浮=4.8×10⁴N，
則木船行駛時(shí)受到的阻力：f_木=0.5G_木=0.5×4.8×10⁴N=2.4×10⁴N，
機(jī)動(dòng)船的重力：G_機(jī)=m_機(jī)g=2×10³kg×10N/kg=2×10⁴N，
機(jī)動(dòng)船行駛時(shí)受到的阻力：f_機(jī)=0.5G_機(jī)=0.5×2×10⁴N=1×10⁴N，
兩船受到的總阻力：f_總=f_木+f_機(jī)=2.4×10⁴N+1×10⁴N=3.4×10⁴N，
把機(jī)動(dòng)船和木船看作一個(gè)整體，它們勻速前進(jìn)時(shí)，根據(jù)二力平衡條件可得，
機(jī)動(dòng)船的牽引力：F_牽=f_總=3.4×10⁴N，
則機(jī)動(dòng)船的有用功率：
P_有=$\frac{{W}_{有}}{t}$=$\frac{{F}_{牽}s}{t}$=F_牽v=3.4×10⁴N×1.5m/s=5.1×10⁴W，
已知內(nèi)燃機(jī)功率：P_總=170kW=1.7×10⁵W，
則機(jī)動(dòng)船的內(nèi)燃機(jī)效率：
η=$\frac{{W}_{有}}{{W}_{總}(cāng)}$×100%=$\frac{{P}_{有}t}{{P}_{總}(cāng)t}$×100%=$\frac{{P}_{有}}{{P}_{總}(cāng)}$×100%=$\frac{5.1×1{0}^{4}W}{1.7×1{0}^{5}W}$×100%=30%．
答：①電站年收益1.58億元；
②水的流量Q為250m³/s；
③機(jī)動(dòng)船的內(nèi)燃機(jī)效率是30%．

點(diǎn)評(píng) 本題是一道綜合應(yīng)用題，涉及到的知識(shí)點(diǎn)較多，關(guān)鍵是公式及變形公式的靈活運(yùn)用，能從題目中找出有用的信息再結(jié)合所學(xué)的知識(shí)即可正確解題，過(guò)程較為復(fù)雜，計(jì)算一定要細(xì)心，且難度較大．