Question

（2013?淮安一模）某電力公司開(kāi)發(fā)出一種圓柱形氣球狀的發(fā)電機(jī)（如圖為示意圖），懸于風(fēng)力足夠大且較穩(wěn)定的300m高空，中心處大的風(fēng)扇隨風(fēng)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)，產(chǎn)生的電流通過(guò)系著的電線(xiàn)到地面．假如氣球及器材總體積為3.0×10⁵m³，最大發(fā)電功率為3000kw；（設(shè)300m高空的空氣密為1.2kg/m³）問(wèn)：
（1）求此整套裝置的總質(zhì)量為多少？
（2）若該風(fēng)力發(fā)電機(jī)每年工作6000h，則它的最大年發(fā)電量是多少kw?h？
（3）上述的電能如果用發(fā)電效率為36%的火力發(fā)電站來(lái)提供的話(huà)需要多少優(yōu)質(zhì)煤？（優(yōu)質(zhì)煤的熱值：3×10⁷J/kg）
（4）如圖中A．B．C．D表示四個(gè)不同地區(qū)300米高空一年內(nèi)的平均風(fēng)速，哪個(gè)地區(qū)最適合風(fēng)力發(fā)電？答：

C

Answer 1

分析：（1）阿基米德原理適用于氣體，知道空氣的密度、氣球的體積（排開(kāi)空氣的體積），利用阿基米德原理求氣球受到的浮力；浮力等于自身的重力，進(jìn)一步求出質(zhì)量；
（2）知道發(fā)電機(jī)的最大發(fā)電功率，利用P=Wt求最大年發(fā)電量；
（3）根據(jù)公式W=Q=qm可求煤的質(zhì)量；
（4）根據(jù)4個(gè)地區(qū)風(fēng)速大小和有風(fēng)的時(shí)間分析．

解答：解：（1）V_排=V_氣球=3.0×10⁵m³，
氣球受到的浮力：F_浮=G=ρ_空氣gV_排=1.2kg/m³×10N/kg×3.0×10⁵m³=3.6×10⁶N；
所以此整套裝置的總質(zhì)量為m=

G

g

=

3.6×106N

10N/kg

=3.6×10⁵kg；
（2）最大年發(fā)電量：
W=Pt=3000kW×6000h=1.8×10⁷kw?h；
（3）需要煤的質(zhì)量m_煤=

W

ηq

=

1.8×107×3.6×106J

36%×3×107J/kg

=6×10⁶kg=6×10³t；
（4）AB地區(qū)有時(shí)風(fēng)速大，但風(fēng)速小的時(shí)間長(zhǎng)，D地區(qū)整年風(fēng)速小，只有C地區(qū)平均風(fēng)速比較大，該地區(qū)最適合風(fēng)力發(fā)電．
答：（l）此整套裝置的總質(zhì)量為3.6×10⁵kg；
（2）該風(fēng)力發(fā)電機(jī)的最大年發(fā)電量是1.8×10⁷kw?h；
（3）煤的質(zhì)量為6×10³t；
（4）C地區(qū)最適合風(fēng)力發(fā)電．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了學(xué)生對(duì)阿基米德原理、電功的計(jì)算、質(zhì)量的計(jì)算，計(jì)算時(shí)注意單位統(tǒng)一，特別電功（發(fā)電量）的計(jì)算，利用好“P-W、W-kW?h、t-h”這一套單位．