题目内容
空气的流动形成风，风具有能量，称为风能．风能具有来源丰富、安全卫生等优点．图是我国某地区风力发电的外景图．风力发电机中的叶片在风力的推动下转动，并带动机头发电机发电，为人们提供电能．设该地区空气密度为1.3kg/m3，一台风车的轮叶转动时可以形成面积为600m2的圆面．
（1）、若风速为10m/s，则ls内冲击到风车轮叶形成的圆面的空气质量是多少kg？已知1kg空气以这样的速度运动时具有的动能是50J，10台这样的风车工作ls所产生的电能可供1盏“220V 60W”灯炮正常工作2h，求这种风车发电的效率．
（2）、若此地年平均风速为15m/s，100台这样的风车一年（工作时间按4000h计算）获得的风能相当于完全燃烧多少kg煤？（煤的热值为3×107J/kg）
（3）、请你结合风力发电的实际情况及图4中的有关信息说明自前风力发电开发的困难和前景．
（1）、若风速为10m/s，则ls内冲击到风车轮叶形成的圆面的空气质量是多少kg？已知1kg空气以这样的速度运动时具有的动能是50J，10台这样的风车工作ls所产生的电能可供1盏“220V 60W”灯炮正常工作2h，求这种风车发电的效率．
（2）、若此地年平均风速为15m/s，100台这样的风车一年（工作时间按4000h计算）获得的风能相当于完全燃烧多少kg煤？（煤的热值为3×107J/kg）
（3）、请你结合风力发电的实际情况及图4中的有关信息说明自前风力发电开发的困难和前景．
分析：（1）①根据风速为10m/s，求出每秒钟通过的空气流的长度L，然后再根据V=SL求出每秒钟通过风车轮叶形成的圆面空气流的体积，再根据密度公式变形m=ρV即可求出空气流的质量．
②先求出1台风车工作1s获得的空气的动能，然后可知10台风车工作1s获得的空气的动能，再根据E电=Pt求出10台风车工作1s产生的电能，然后利用η=
×100%即可求出风车发电的效率．
（2）先求出100台风车一年获提的风能，如果这些能量是由完全燃烧煤来获得，利用m=
可求得煤的质量．
（3）风力发电开发的困难：风力不稳定；前期投资大，导致风力发电成本较高等．
风力发电开发的前景：随着技术不断的成熟，成本下降较快，有望低于火力发电成本；风力发电对环境几乎没有污染等．
②先求出1台风车工作1s获得的空气的动能，然后可知10台风车工作1s获得的空气的动能，再根据E电=Pt求出10台风车工作1s产生的电能，然后利用η=
| E电 |
| E |
（2）先求出100台风车一年获提的风能，如果这些能量是由完全燃烧煤来获得，利用m=
| E总 |
| q |
（3）风力发电开发的困难：风力不稳定；前期投资大，导致风力发电成本较高等．
风力发电开发的前景：随着技术不断的成熟，成本下降较快，有望低于火力发电成本；风力发电对环境几乎没有污染等．
解答：解：（1）每秒钟通过的空气流的长度为：L=vt=10m/s×1s=10m，每秒钟通过风车轮叶形成的圆面空气流的体积为：V=SL=600m2×10m=6×103m3，
空气流的质量为：m=ρV=1.3kg/m3×6×103m3=7.8×103kg，
1台风车工作1s获得的空气的动能为：E0=7.8×103kg×50J/kg=3.9×105J，
10台风车工作1s获得的空气的动能为：E=10E0=10×3.9×105J=3.9×106J，
10台风车工作1s产生的电能为：E电=Pt=60W×2×3600S=4.32×105J，
风车发电的效率为：η=
×100%=
×100%=11%．
答：ls内冲击到风车轮叶形成的圆面的空气质量是7.8×103kg；这种风车发电的效率为11%．
（2）1台风车每秒钟通过风车轮叶的空气流的质量为：m=ρV=ρSL=1.3×600×15×1=11700kg
1kg空气以15m/s的速度运动时具有的动能为E1=
=
=112.5J，
100台风车一年获提的风能为 E总=100×4000×3600×112.5J×11700=1.8954×1015J，
如果这些能量是由完全燃烧煤来获得，则煤的质量应为：
m=
=
=6.318×107kg，
答：获得的风能相当于完全燃烧6.318×107kg煤．
（3）风力发电的实际困难为：
风力不稳定，前期投资大，导致风力发电成本较高等．
前景：随着技术不断的成熟，成本下降较快，有望低于火力发电成本；风力发电对环境几乎没有污染等．
空气流的质量为：m=ρV=1.3kg/m3×6×103m3=7.8×103kg，
1台风车工作1s获得的空气的动能为：E0=7.8×103kg×50J/kg=3.9×105J，
10台风车工作1s获得的空气的动能为：E=10E0=10×3.9×105J=3.9×106J，
10台风车工作1s产生的电能为：E电=Pt=60W×2×3600S=4.32×105J，
风车发电的效率为：η=
| E电 |
| E |
| 4.32×105J |
| 3.9×106J |
答：ls内冲击到风车轮叶形成的圆面的空气质量是7.8×103kg；这种风车发电的效率为11%．
（2）1台风车每秒钟通过风车轮叶的空气流的质量为：m=ρV=ρSL=1.3×600×15×1=11700kg
1kg空气以15m/s的速度运动时具有的动能为E1=
| mv2 |
| 2 |
| 1kg×(15m/s)2 |
| 2 |
100台风车一年获提的风能为 E总=100×4000×3600×112.5J×11700=1.8954×1015J，
如果这些能量是由完全燃烧煤来获得，则煤的质量应为：
m=
| E总 |
| q |
| 1.8954×1015J |
| 3×107J/kg |
答：获得的风能相当于完全燃烧6.318×107kg煤．
（3）风力发电的实际困难为：
风力不稳定，前期投资大，导致风力发电成本较高等．
前景：随着技术不断的成熟，成本下降较快，有望低于火力发电成本；风力发电对环境几乎没有污染等．
点评：本题主要考查学生对：风力发电的能量转化和燃料燃烧的放热公式的理解和掌握．难度较大，知识点繁琐，容易出错．
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空气流动形成风，风能够发电．风力发电机是将风能（气流的动能）转化为电能的装置，其主要部件包括风轮机、齿轮箱、发电机等（如图所示）．风力发电时，风轮机叶片受到风力的推动后转动，从而带动发电机发电．某地的一台风力发电机，其风轮正面迎风，当风速为8m/s时，每秒钟流向叶片旋转面积的空气质量是7200kg，该地的空气密度是1.2kg/m3． 已知空气动能与空气质量成正比，且1kg空气在不同的速度（V）时的动能（E）如下表所示．| E（J） | 2 | 8 | 18 | 32 | 50 |
| V（m/s） | 2 | 4 | 6 | 8 | 10 |
（2）当风速为10m/s时，1s钟流向叶片旋转面积的空气质量是多少千克？若在这种情况下，风力发电机能对外提供5.4×104J的电能，那么这台风力发电机的风能转化为电能的效率是多少？
（3）科学家认为，理想空气发电厂应建立在海拔4600m到10000m的空中，其原因是什么？
