Question

【題目】空氣流動形成風(fēng)，風(fēng)能夠發(fā)電.風(fēng)力發(fā)電機是將風(fēng)能(氣流的動能)轉(zhuǎn)化為電能的裝置，其主要部件包括風(fēng)輪機、齒輪箱、發(fā)電機等(如圖所示).風(fēng)力發(fā)電時，風(fēng)輪機葉片受到風(fēng)力的推動后轉(zhuǎn)動，從而帶動發(fā)電機發(fā)電.某地的一臺風(fēng)力發(fā)電機，其風(fēng)輪正面迎風(fēng)，當(dāng)風(fēng)速為8 m/s時，每秒鐘流向葉片旋轉(zhuǎn)面積的空氣質(zhì)量是7 200 kg，該地的空氣密度是1. 2 kg/m3.已知空氣動能與空氣質(zhì)量成正比，且1 kg空氣在不同的速度(v)時的動能(E)如下表所示.

(1)由表格可知，1 kg空氣產(chǎn)生的風(fēng)能(即動能)與空氣的速度數(shù)量關(guān)系是___________.

(2)當(dāng)風(fēng)速為8 m/s時，這樣的一臺風(fēng)力發(fā)電機在1h內(nèi)獲得的風(fēng)能，與完全燃燒多少千克熱值為3. 2×107J/kg的煤所產(chǎn)生的內(nèi)能相當(dāng)___________?

(3)當(dāng)風(fēng)速為10 m/s時，1秒鐘風(fēng)力發(fā)電機能對外提供5.4×104J的電能，那么這臺風(fēng)力發(fā)電機的風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的效率是多少____________?

(4)科學(xué)家認(rèn)為，理想風(fēng)力發(fā)電廠應(yīng)建立在海拔4 600 m到10 000 m的空中，因為海拔越高，_________越大，風(fēng)能越大;但海拔過高，空氣稀薄，___________少，相同時間內(nèi)獲得的風(fēng)能少，發(fā)電機的發(fā)電效率不高.

Answer 1

【答案】25.92 kg12%風(fēng)速空氣質(zhì)量

【解析】

（1）由表格可知，，，------，即

1kg空氣產(chǎn)生的風(fēng)能（即動能）與空氣的速度數(shù)量關(guān)系是：；

（2）當(dāng)風(fēng)速為8m/s時，由表中數(shù)據(jù)知，每1kg空氣的動能（E）為32J，當(dāng)每秒鐘流向葉片旋轉(zhuǎn)面積的空氣質(zhì)量是7200kg，已知空氣動能與空氣質(zhì)量成正比，故1h空氣所產(chǎn)生的能量為：

；

相當(dāng)于完全燃燒煤的質(zhì)量：

；

（2）在空氣密度、風(fēng)扇的葉片旋轉(zhuǎn)面積以及時間相同的情況下，m、v成正比，即：

，，

當(dāng)風(fēng)速為10m/s時，每1kg空氣的動能（E）為50J，所以產(chǎn)生能量為：

，

這臺風(fēng)力發(fā)電機的風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的效率為：

；

（3）因為海拔越高，風(fēng)速越大，風(fēng)能越大；

但海拔過高，空氣稀薄，空氣質(zhì)量少，相同時間內(nèi)獲得的風(fēng)能少，發(fā)電機的發(fā)電效率不高，所以理想空氣發(fā)電廠應(yīng)建立在海拔4600m到10000m的空中。