题目内容

12．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6000kg，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．
（1）当风速为8m/s时，每秒钟通过叶片旋转面积的空气体积是多少立方米？若煤的热值3.2×107J/kg，那么这样的一台风力发电机在1h内获得的风能与完全燃烧多少千克的煤所产生的内能相当？
（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，则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？
E（J）28183250
V（m/s）246810

分析 （1）知道空气密度和质量利用V=$\frac{m}{ρ}$求空气体积；再求出1h空气所产生的能量，再利用m=$\frac{Q}{q}$即可求出完全燃烧多少千克的煤．
（2）单位时间内通过风扇的空气质量，可理解为流经风扇的空气密度和空气体积的乘积，然后用风扇的横截面积和速度公式表示出空气的体积大小，然后表示出空气质量的表达式m=ρv=ρsl=ρs•vt，通过比较找出m、v的关系，利用表格所给数据算出风速为10m/s时，1s钟流向叶片旋转面积的空气质量，再根据表格可知确定此时产生的能量，再利用η=$\frac{{E}_{电}}{{E}_{风}}$×100%即可求出风力发电机的风能转化为电能的效率；
（3）根据在海拔4600m到10000m的空中，海拔越高空气的流动速度越大，产生的能量越多去分析．

解答 解：
（1）由ρ=$\frac{m}{V}$得每秒钟通过叶片旋转面积的空气体积：
V=$\frac{m}{ρ}$=$\frac{6000kg}{1.2kg/{m}^{3}}$=5000m3，
1h空气所产生的能量为：
Q=32J/kg×6000kg/s×3600s=6.912×108J，
1h内获得的风能相当完全燃烧煤的质量：
m=$\frac{Q}{q}$=$\frac{6.912×1{0}^{8}J}{3.2×1{0}^{7}J/kg}$=21.6kg．
（2）设风扇的叶片旋转面积为s，风速为v；
单位时间t内，通过风扇的空气流量为：V=sl=s•vt；
那么这些空气的质量为：m=ρV=ρs•vt；
当空气密度、风扇的叶片旋转面积以及时间相同的情况下，m、v成正比；
即：$\frac{m′}{v′}$=$\frac{m}{v}$，
m′=$\frac{mv′}{v}$=$\frac{6000kg×10m/s}{8m/s}$=7500kg，
根据表可知产生能量为：E风=50J/kg×7500kg=3.75×105J，
这台风力发电机的风能转化为电能的效率为：
η=$\frac{{E}_{电}}{{E}_{风}}$×100%=$\frac{5.4×1{0}^{4}J}{3.75×1{0}^{5}J}$×100%=14.4%．      
（3）因为海拔越高空气的流动速度越大，产生的能量越多，从而提高风力发电机的转化效率，所以理想空气发电厂应建立在海拔4600m到10000m的空中．
答：
（1）当风速为8m/s时，每秒钟通过叶片旋转面积的空气体积是5000m3，若煤的热值3.2×107J/kg，那么这样的一台风力发电机在1h内获得的风能与完全燃烧21.6kg的煤所产生的内能相当；
（2）当风速为10m/s时，1s钟流向叶片旋转面积的空气质量是7500kg，若在这种情况下，风力发电机能对外提供5.4×104J的电能，则风力发电机的风能转化为电能的效率是14.4%；
（3）原因是海拔越高空气的流动速度越大，产生的能量越多．

点评 要解好此题，要求同学们平时关注科学，增加课外阅读量；联系实际，拓宽视野，直面现实生活中的物理问题，学以致用；活化物理基本知识，注重基本素质和能力的培养

练习册系列答案
相关题目
1．2008年北京奥运会的“祥云”火炬质量仅为985克，火炬受到的重力是9.85N；火炬在燃烧过程中化学能转化为内能．（g=10N/kg）
3．在“伏安法测量电阻”的实验中，待测电阻R的阻值大约为10Ω

（1）同学们设计了如图所示的甲、乙两种方案，经过讨论大家认为乙方案设计较好，与甲相比乙的优点是能够进行多次测量取平均值减小实验误差．
（2）请你根据电路图乙用笔画线代替导线，将图丙中的实物装置图连接起来（导线不允许交叉）．
（3）实验测得的数据如表，请你根据表中的数据计算出R的阻值为10.1Ω（结果保留一位小数）．
实验次数123
U/V1.22.42.8
I/A0.120.240.27
20．（1）如图1所示，已知凸透镜的一条折射光线和一条入射光线，请你对应画出它们的入射光线和折射光线．
（2）如图2所示，物体A在斜面上匀速滑下，请画出物体A所受力的示意图．
（3）如图3所示，R0为电热丝，R为定值电阻．现要求在虚线框内增加一个开关S，使电路具有加热和保温的功能．
（4）如图4所示，根据小磁针静止时N极的指向，在图中标出通电螺线管的N、S极，并画出通电螺线管的绕法
7．近来，多家新闻媒体报导顾客食用火锅时，误将打火机掉入锅内引发爆炸的事故．消防人员就此提醒广大民众：“一次性打火机内充装的是液态丁烷，稍遇高温就很容易变成气体．普通打火机的抗压能力比较差，所以掉入火锅内很容易引起爆炸．所以使用时应避免置于高温环境中．”针对这种爆炸事故，下列分析正确的是（　　）
A．此现象说明丁烷的沸点比火锅内汤的沸点低
B．当打火机掉入热汤内，通过做功的方式，丁烷的内能增加了
C．当打火机掉入热汤内，液态丁烷发生了升华现象
D．当打火机掉入热汤内，丁烷变成气态后，打火机内部的气压不变
17．如图所示是某小组同学研究力的作用效果的两个小实验，其中甲图研究的是力可以改变物体的运动状态．使小球转弯的力的施力物体是磁铁；乙图研究的是力可以改变物体的形状，弹簧发生的是弹性（填“塑性”或“弹性”）形变．
4．如图为小明“探究液体内部压强的特点”的实验过程图：
（1）小明首先用手指按了按探头的橡皮膜，发现U型管内液柱几乎无变化，其原因是压强计漏气，然后小明重新调整好器材，继续实验；
（2）比较图A、图B、图C，得出结论：同种液体，同一深度，液体向各个方向压强相等；
（3）将图A中的探头逐渐下移，可观观察到U型管内液柱的高度差逐渐变大，得出结论：液体密度一定，液体压强随深度增加而增大；
（4）向图B中的容器内加入一定量的浓盐水，为使探头在液体中的深度与加盐水前的深度相同，应将探头位置上移（选填“上移”、“下移”或“不变”），并且观察到U型管内液柱的高度差变大，可得出结论：深度相同，液体密度越大，液体压强越大；
（5）小明又想探究一下浮力大小与液体密度的关系，于是他找来了一个木块，分别放入了装有水和装有盐水的容器中，发现两次木块都漂浮在液面上，浮力都等于木块的重力，浮力相等，所以他得出结论：浮力大小与液体密度无关，他得出的结论是否正确？不正确，原因是没有控制排开水和盐水体积相等．
1．将同一个鸡蛋先后放入如图所示的甲、乙两杯盐水中，盐水的密度分别为ρ甲、ρ乙，鸡蛋所受的浮力分别为F甲、F乙，则ρ甲＜ρ乙，F甲=F乙（均选填＞或=或＜）．
2．小明和小丽利用如图所示的装置探究“导体产生的热量与电阻大小的关系”．
（1）如图所示，质量相等的两瓶煤油中都浸泡着一段材料与长度均相同的金属丝，已知甲电阻比较小，则两根金属丝中横截面积较大的是甲（选填“甲”或“乙”）．
（2）实验中，小明和小丽发现乙烧瓶中温度计的示数升高较快．这表明：在电流和通电时间相同的情况下，导体的电阻越大，产生的热量越多．
（3）小明提议利用该装置改做“比较水和煤油比热容的大小”的实验，则他们应将其中一烧瓶中的煤油换成质量相等的水，并使甲、乙两烧瓶中金属丝的电阻相等．水和煤油吸热的多少是通过加热时间来反映的（选填“温度计示数”或“加热时间”）．

违法和不良信息举报电话：027-86699610 举报邮箱：58377363@163.com

精英家教网