Question

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中的有關信息說明自前風力發(fā)電開發(fā)的困難和前景．

Answer 1

解：（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為：V=SL=600m²×10m=6×10³m³，
空氣流的質(zhì)量為：m=ρV=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=10E₀=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=×100%=×100%=11%．
答：ls內(nèi)沖擊到風車輪葉形成的圓面的空氣質(zhì)量是7.8×10³kg；這種風車發(fā)電的效率為11%．
（2）1kg空氣以15m/s的速度運動時具有的動能為E₁===112.5J，
100臺風車一年獲提的風能為 E_總=100×4000×3600×112.5J=1.62×10¹¹J，
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===5.4×10³kg，
答：獲得的風能相當于完全燃燒5.4×10³kg煤．
（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．
分析：（1）①根據(jù)風速為10m/s，求出每秒鐘通過的空氣流的長度L，然后再根據(jù)V=SL求出每秒鐘通過風車輪葉形成的圓面空氣流的體積，再根據(jù)密度公式變形m=ρV即可求出空氣流的質(zhì)量．
②先求出1臺風車工作1s獲得的空氣的動能，然后可知10臺風車工作1s獲得的空氣的動能，再根據(jù)E_電=Pt求出10臺風車工作1s產(chǎn)生的電能，然后利用η=×100%即可求出風車發(fā)電的效率．
（2）先求出100臺風車一年獲提的風能，如果這些能量是由完全燃燒煤來獲得，利用m=可求得煤的質(zhì)量．
（3）風力發(fā)電開發(fā)的困難：風力不穩(wěn)定；前期投資大，導致風力發(fā)電成本較高等．
風力發(fā)電開發(fā)的前景：隨著技術不斷的成熟，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：本題主要考查學生對：風力發(fā)電的能量轉(zhuǎn)化和燃料燃燒的放熱公式的理解和掌握．難度較大，知識點繁瑣，容易出錯．