Question

4．6月5日是世界环境日，今年我国的主题是“低碳减排，绿色生活”．人类对能源的需求越来越大，世界能源危机日益突出，如何合理利用和开发能源，提高能源的利用率，实现低碳减排，已成为世界各国共同关注的问题．
（1）为实现减排目标，国家大力推广风力发电．我国沿海地区风力发电项目已全面启动，沿海壮观的风电场走廊即将形成（如图甲所示）．假如1.2×10⁶kW的风电场项目全面建成之后，所有机组发电1h，可提供多少kW•h的电能？这些电能相当于多少千克煤炭完全燃烧所释放出来的能量？（煤的热值为q=3.0×10⁷J/kg，1kW•h=3.6×10⁶J；燃料完全燃烧所释放出来的能量：Q=mq）
（2）充分利用太阳能，符合节能减排的理念．太阳能热水器（如图乙所示）已走进了千家万户，小名家的太阳能热水器接受太阳能的总有效面积为2m²，热水器每平方米的面积上1h得到的太阳辐射能平均为2.52×10⁶J，热水器仅能把接收的太阳能的50%转化为水的内能，若光照3h可以使热水器内初温为20℃、质量为100kg的水温度升高多少摄氏度？已知水的比热容是4.2×10³J/（kg•℃）

Answer 1

分析 （1）知道风电场的功率和工作时间，根据P=$\frac{W}{t}$求出提供的电能，由题意可知煤炭完全燃烧所释放出来的能量Q_放=W，利用Q=mq求出煤炭的质量；
（2）先求出热水器吸收的太阳能，乘以转化效率求出水吸收的热量，再根据Q_吸=cm△t求出水温度的变化值．

解答 解：（1）由P=$\frac{W}{t}$可得，可提供电能：
W=Pt=1.2×10⁶kW×1h=1.2×10⁶kW•h=4.32×10¹²J，
由题意可知，煤炭完全燃烧释放的热量：
Q_放=W=4.32×10¹²J，
由Q_放=mq可得，燃烧煤炭的质量：
m=$\frac{Q}{q}$=$\frac{4.32×{10}^{12}J}{3.0×{10}^{7}J/kg}$=1.44×10⁵kg；
（2）热水器吸收的太阳能：
E=2.52×10⁶J/（m²•h）×2m²×3h=1.512×10⁷J，
由η=$\frac{{Q}_{吸}}{E}$×100%可得，水吸收的热量：
Q_吸=E×50%=1.512×10⁷J×50%=7.56×10⁶J，
由Q_吸=cm△t可得，水温度升高的值：
△t=$\frac{{Q}_{2}}{cm}$=$\frac{7.56×{10}^{6}J}{4.2×{10}^{3}J/（kg•℃）×100kg}$=18℃．
答：（1）可提供4.32×10¹²J的电能；煤炭的质量是1.44×10⁵kg；
（2）水升高的温度是18℃．

点评 本题考查了电能、热量、质量、温度变化量的计算，关键是公式及其变形式的灵活运用，要注意的是水吸收的热量和太阳能热水器吸收太阳能的关系．