Question

在2008年國際金融危機(jī)以來，我國為了應(yīng)對(duì)危機(jī)確保國民經(jīng)濟(jì)健康穩(wěn)定的發(fā)展，采取了一系列的措施，加大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的投入，其中發(fā)展風(fēng)力發(fā)電就是重要的一項(xiàng)，如圖所示．如果一臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組連同底座總質(zhì)量為80t，中間的鋼柱高61.5m，底部面積約12m²；與主機(jī)連在一起的3片“風(fēng)葉”，每片長37.5m，面積約為20m²．
（1）發(fā)電機(jī)的工作原理是________；
風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作時(shí)的能量轉(zhuǎn)化是________．
（2）發(fā)電機(jī)組對(duì)地面的壓強(qiáng)是多少？（g取10N/kg）
（3）若平均風(fēng)速為6m/s，空氣的密度為1.29kg/m³，則每分鐘吹過每個(gè)葉片上的空氣質(zhì)量是多少？
（4）若一個(gè)風(fēng)力發(fā)電廠預(yù)計(jì)一年總發(fā)電量為2.16×10⁷kw?h，與火力發(fā)電相比，每年可節(jié)約多少t標(biāo)準(zhǔn)煤？（標(biāo)準(zhǔn)煤的熱值為3×10⁷J/kg）

Answer 1

解：（1）發(fā)電機(jī)是利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象的原理制成的，風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作時(shí)，風(fēng)推動(dòng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為葉片的機(jī)械能，再通過發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能．
（2）此時(shí)發(fā)電機(jī)組對(duì)地面的壓力是F=G=mg=80000kg×10N/kg=800000N；已知底座的面積是12m²
故發(fā)電機(jī)組對(duì)地面的壓強(qiáng)是P==≈66666.7Pa；
（3）在半分鐘內(nèi)空氣所走的路程是：S=vt=6m/s×60s=；
此時(shí)該部分空氣的體積為V=Sh=20m²×360m=7200m³
故此時(shí)吹過葉片的空氣的質(zhì)量是m=ρv=1.29kg/m³×7200m³=9288kg；
（4）由題知，Q_放=W_電=2.16×10⁷kw?h=7.776×10¹³J；
∵Q_放=mq，
∴需要標(biāo)準(zhǔn)煤的質(zhì)量：
m===2592000kg=2592t．
故答案為：（1）電磁感應(yīng)；風(fēng)能先轉(zhuǎn)化為葉片的機(jī)械能，而后通過發(fā)電機(jī)在將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能；（2）66666.7Pa；（3）9288kg；（3）2592t．
分析：（1）發(fā)電機(jī)是產(chǎn)生電能的機(jī)器，據(jù)實(shí)際情況判斷風(fēng)力發(fā)電機(jī)原理和發(fā)電過程中的能量轉(zhuǎn)化情況即可；
（2）此時(shí)發(fā)電機(jī)組對(duì)地面的壓力就等于發(fā)電機(jī)組的重力，已知其接觸面積，據(jù)公式P=計(jì)算即可；
（3）每分鐘吹過每個(gè)葉片上的空氣看做一個(gè)長方體，據(jù)風(fēng)速和時(shí)間可計(jì)算出空氣在這段時(shí)間內(nèi)所走的路程，而后據(jù)葉片的面積可計(jì)算成這段空氣柱的體積，在據(jù)密度公式可以計(jì)算出這段時(shí)間吹過每個(gè)葉片的空氣的質(zhì)量．
（4）把風(fēng)力發(fā)電廠預(yù)計(jì)一年總發(fā)電量的單位換算成焦耳，由于燃燒煤所產(chǎn)生的熱量與上面的發(fā)電量是相等的，故據(jù)公式Q=mq的變形公式可計(jì)算出每年可節(jié)約的煤的質(zhì)量．
點(diǎn)評(píng)：本題是一道電學(xué)、熱學(xué)、力學(xué)的綜合計(jì)算題，難度不大、知識(shí)點(diǎn)多、和實(shí)際生活聯(lián)系，屬于中考常見題型