(2007年全國初中應用物理知識競賽)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、安全衞生等優點...
問題詳情:
(2007年全國初中應用物理知識競賽)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、安全衞生等優點。圖2A是我國某地區風力發電的外景圖。風力發電機中的葉片在風力的推動下轉動,並帶動機頭髮電機發電,為人們提供電能。設該地區空氣密度為1.3kg/m3,一台風車的輪葉轉動時可以形成面積為600m2的圓面。
(1) 、若風速為10m/s,則ls內衝擊到風車輪葉形成的圓面的空氣質量是多少kg?已知1kg空氣以這樣的速度運動時具有的動能是50J,10台這樣的風車工作ls所產生的電能可供1盞“220V 60W”燈*正常工作2h,求這種風車發電的效率。
(2)、若此地年平均風速為15m/s,100台這樣的風車一年(工作時間按4000h計算)獲得的風能相當於完全燃燒多少kg煤?(煤的熱值為3×107J/kg)
(3)、請你結合風力發電的實際情況及圖4中的有關信息説明自前風力發電開發的困難和前景。
【回答】
解析:(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V=SL=600m2×10m=6×103m3。
每秒鐘通過風車輪葉空氣流的質量為:m=rV=1.3kg/m3×6×103m3=7.8×103kg。
1颱風車工作1s獲得的空氣的動能為:E0=7.8×103kg×50J/kg=3.9×105J。
10颱風車工作1s獲得的空氣的動能為:E=10 E0=10×3.9×105J=3.9×106J。
10颱風車工作1s產生的電能為:E電=Pt=60W×2×3600s=4.32×105J
風車發電的效率為:η= E電/E×100%=4.32×105J/3.9×106J×100%=11%。
(2).100颱風車1s獲得的風能為 E0‘=100×12×104J=12×107J
100颱風車一年獲的風能為 E總=4000×3600×1.2×107J=1.728×1014J
如果這些能量是由完全燃燒煤來獲得,則煤的質量應為:
m=E總/q=1.728×1014J/3×107J/kg=5.76×106kg
(3).風力發電的實際困難為:風力不穩定,前期投資大,導致風力發電成本較高等。
前景:隨着技術不斷的成熟,成本下降較快,有望低於火力發電成本;風力發電對環境幾乎沒有污染等。
【點評】此題以風車發電為切入點,考查密度、動能、能量、效率、熱值及其相關知識點。
知識點:熱機單元測試
題型:計算題