Question

（2007年全國初中應用物理知識競賽）空氣的流動形成風，風具有能量，稱為風能。風能具有來源豐富、安全衛(wèi)生等優(yōu)點。圖2A是我國某地區(qū)風力發(fā)電的外景圖。風力發(fā)電機中的葉片在風力的推動下轉(zhuǎn)動，并帶動機頭發(fā)電機發(fā)電，為人們提供電能。設(shè)該地區(qū)空氣密度為1.3kg/m³,一臺風車的輪葉轉(zhuǎn)動時可以形成面積為600m²的圓面。

（1） 、若風速為10m/s，則ls內(nèi)沖擊到風車輪葉形成的圓面的空氣質(zhì)量是多少kg？已知1kg空氣以這樣的速度運動時具有的動能是50J，10臺這樣的風車工作ls所產(chǎn)生的電能可供1盞“220V 60W”燈炮正常工作2h，求這種風車發(fā)電的效率。

（2）、若此地年平均風速為15m/s，100臺這樣的風車一年（工作時間按4000h計算）獲得的風能相當于完全燃燒多少kg煤？（煤的熱值為3×10⁷J/kg）

（3）、請你結(jié)合風力發(fā)電的實際情況及圖4中的有關(guān)信息說明自前風力發(fā)電開發(fā)的困難和前景。

Answer 1

解析：（1）．每秒鐘通過的空氣流的長度為：L=vt=10m/s×1s=10m。

每秒鐘通過風車輪葉形成的圓面空氣流的體積V=SL=600m²×10m=6×10³m³。

每秒鐘通過風車輪葉空氣流的質(zhì)量為：m=rV=1.3kg/m³×6×10³m³=7.8×10³kg。

1臺風車工作1s獲得的空氣的動能為：E₀=7.8×10³kg×50J/kg=3.9×10⁵J。

10臺風車工作1s獲得的空氣的動能為：E=10 E₀=10×3.9×10⁵J=3.9×10⁶J。

10臺風車工作1s產(chǎn)生的電能為：E_電=Pt=60W×2×3600s=4.32×10⁵J

風車發(fā)電的效率為：η= E_電/E×100%=4.32×10⁵J/3.9×10⁶J×100%=11%。

（2）．100臺風車1s獲得的風能為 E₀^‘=100×12×10⁴J=12×10⁷J

100臺風車一年獲的風能為 E_總=4000×3600×1.2×10⁷J=1.728×10¹⁴J

如果這些能量是由完全燃燒煤來獲得，則煤的質(zhì)量應為：

m=E_總/q=1.728×10¹⁴J/3×10⁷J/kg=5.76×10⁶kg

（3）．風力發(fā)電的實際困難為：風力不穩(wěn)定，前期投資大，導致風力發(fā)電成本較高等。

前景：隨著技術(shù)不斷的成熟，成本下降較快，有望低于火力發(fā)電成本；風力發(fā)電對環(huán)境幾乎沒有污染等。

【點評】此題以風車發(fā)電為切入點，考查密度、動能、能量、效率、熱值及其相關(guān)知識點。