Question

某電力公司開發(fā)出一種圓柱形氣球狀的發(fā)電機（如圖為示意圖），懸于風力足夠大且較穩(wěn)定的300m高空，中心處大的風扇隨風轉動，帶動發(fā)電機，產生的電流通過系著的電線到地面．假如氣球及器材總體積為3.0×10⁵m³，最大發(fā)電功率為3000kw；（設300m高空的空氣密為1.2kg/m³）問：
（1）求此整套裝置的總質量為多少？
（2）若該風力發(fā)電機每年工作6000h，則它的最大年發(fā)電量是多少kw?h？
（3）上述的電能如果用發(fā)電效率為36%的火力發(fā)電站來提供的話需要多少優(yōu)質煤？（優(yōu)質煤的熱值：3×10⁷J/kg）
（4）如圖中A．B．C．D表示四個不同地區(qū)300米高空一年內的平均風速，哪個地區(qū)最適合風力發(fā)電？答：______

Answer 1

解：（1）V_排=V_氣球=3.0×10⁵m³，
氣球受到的浮力：F_浮=G=ρ_空氣gV_排=1.2kg/m³×10N/kg×3.0×10⁵m³=3.6×10⁶N；
所以此整套裝置的總質量為m===3.6×10⁵kg；
（2）最大年發(fā)電量：
W=Pt=3000kW×6000h=1.8×10⁷kw?h；
（3）需要煤的質量m_煤===6×10⁶kg=6×10³t；
（4）AB地區(qū)有時風速大，但風速小的時間長，D地區(qū)整年風速小，只有C地區(qū)平均風速比較大，該地區(qū)最適合風力發(fā)電．
答：（l）此整套裝置的總質量為3.6×10⁵kg；
（2）該風力發(fā)電機的最大年發(fā)電量是1.8×10⁷kw?h；
（3）煤的質量為6×10³t；
（4）C地區(qū)最適合風力發(fā)電．
分析：（1）阿基米德原理適用于氣體，知道空氣的密度、氣球的體積（排開空氣的體積），利用阿基米德原理求氣球受到的浮力；浮力等于自身的重力，進一步求出質量；
（2）知道發(fā)電機的最大發(fā)電功率，利用P=Wt求最大年發(fā)電量；
（3）根據公式W=Q=qm可求煤的質量；
（4）根據4個地區(qū)風速大小和有風的時間分析．
點評：本題考查了學生對阿基米德原理、電功的計算、質量的計算，計算時注意單位統(tǒng)一，特別電功（發(fā)電量）的計算，利用好“P-W、W-kW?h、t-h”這一套單位．