Question

3．阅读短文，回答问题．
海洋温差发电
    海洋表层和深层的温度不同，我国南海地区表层海水温度高于25℃，而1千米深处海水温度低于6℃．海水温差发电，就是利用海水表层和深层之间的温度差来发电的，据估算，我国南海地区的海洋温差发电潜力可达14亿千瓦．

如图所示是海洋温差发电系统的原理图．蒸发器中液态的工作物质（氨）从表层温水中吸热，汽化为高压蒸汽，蒸汽推动涡轮机转动，带动发电机发电．完成发电后的气态工作物质在冷凝器中向深层低温海水放热，重新变为液态，再送回蒸发器循环使用．
某型号发电机的部分技术参数如表．

额定发电功率	40kW
额定发电电压	400V
线圈电阻	0.1Ω
净    重	100kg
底部面积	0.05m2

（1）把这台发电机放在水平地面上，对水平地面的压强为2×10³Pa，正常工作时，输出电流100A．（g取10N/kg）
（2）关于海洋温差发电过程中能量的几种说法中，正确的是B
A．蒸发器中，工作物质通过做功增加内能
B．涡轮机中，工作物质对涡轮机做功内能减少
C．发电机中，主要是把电能转化为机械能
D．冷凝器中，工作物质通过做功增加内能
（3）发电机正常工作时，线圈电阻消耗的电功率为1kW；如发电机的线圈用超导材料制作，则该发电系统的输出功率将提高2.5%．
（4）若把南海温差发电潜力全部开发出来，每天发电量为3.36×10¹⁰kW•h．已知煤电转换关系为β=380g/（kW•h），如果用烧煤的方法发出这么多的电能，则一天需要烧煤1.2768×10⁷t．

Answer 1

分析 （1）发电机放在水平地面上，压力等于重力，根据p=$\frac{F}{S}$求出对地面的压强；
根据P=UI即可求出正常工作时的输出电流；
（2）在能量转化过程中，消耗掉的能量转化为增加的能量；据此判断；
（3）利用P=I²R求出线圈电阻消耗的电功率，如发电机的线圈用超导材料制作，则机械能全部转化为电能，据此利用η=$\frac{△P}{{P}_{输出}′}$求出输出功率提高量；
（4）根据公式P=$\frac{W}{t}$计算每天发电量；已知煤电转换关系为β=380g/（kW•h），根据发电量即可求出一天需要烧的煤的质量．

解答 解：（1）发电机放在水平地面上对地面的压力：F=G=mg=100kg×10N/kg=1000N，
p=$\frac{F}{S}$=$\frac{1000N}{0.5{m}^{2}}$=2×l0³Pa；
由P=UI得：
正常工作时的输出电流I=$\frac{{P}_{额}}{{U}_{额}}$=$\frac{40×1{0}^{3}W}{400V}$=100A；
（2）A．蒸发器中液态的工作物质（氨）从表层温水中吸热，汽化为高压蒸汽，工作物质通过热传递增加内能，故A错误；
B．蒸汽推动涡轮机转动，工作物质在涡轮机中做功，内能转化为机械能；故B正确；
C．发电机发电是把机械能转化为电能，故C错误；
D．气态工作物质在冷凝器中向深层低温海水放热，重新变为液态，是热传递的过程，故D错误．
故选B．
（3）线圈电阻消耗的电功率P_热=I²R=（100A）²×0.1Ω=1000W=1kW；
如发电机的线圈用超导材料制作，则电能全部转化为机械能，
则电能增加的功率△P=P_热=1000W；
输出功率提高量η=$\frac{△P}{{P}_{输出}′}$×100%=$\frac{1000W}{40×1{0}^{3}W}$×100%=2.5%；
（4）由P=$\frac{W}{t}$得每天发电量W=Pt=14×10⁸kW×24h=3.36×10¹⁰kW•h；
已知煤电转换关系为β=380g/（kW•h），则一天需要烧的煤的质量：
m=Wβ=3.36×10¹⁰kW•h×380g/（kW•h）=1.2768×10¹³g=1.2768×10⁷t．
故答案为：（1）2×l0³；100；（2）B；（3）1；2.5；（4）3.36×10¹⁰；1.2768×10⁷．

点评 本题考查对非纯电阻电路电功率、热功率和输出功率关系的理解和运算能力．要注意在非纯电阻电路中，求电功率，只能用P_电=UI，求发热功率只能用P_热=I²R．