Question

【題目】空氣流動形成風，風能夠發電.風力發電機是將風能(氣流的動能)轉化為電能的裝置，其主要部件包括風輪機、齒輪箱、發電機等(如圖所示).風力發電時，風輪機葉片受到風力的推動后轉動，從而帶動發電機發電.某地的一臺風力發電機，其風輪正面迎風，當風速為8 m/s時，每秒鐘流向葉片旋轉面積的空氣質量是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空氣產生的風能(即動能)與空氣的速度數量關系是___________.

(2)當風速為8 m/s時，這樣的一臺風力發電機在1h內獲得的風能，與完全燃燒多少千克熱值為3. 2×107J/kg的煤所產生的內能相當___________?

(3)當風速為10 m/s時，1秒鐘風力發電機能對外提供5.4×104J的電能，那么這臺風力發電機的風能轉化為電能的效率是多少____________?

(4)科學家認為，理想風力發電廠應建立在海拔4 600 m到10 000 m的空中，因為海拔越高，_________越大，風能越大;但海拔過高，空氣稀薄，___________少，相同時間內獲得的風能少，發電機的發電效率不高.

Answer 1

【答案】25.92 kg12%風速空氣質量

【解析】

（1）由表格可知，，，------，即

1kg空氣產生的風能（即動能）與空氣的速度數量關系是：；

（2）當風速為8m/s時，由表中數據知，每1kg空氣的動能（E）為32J，當每秒鐘流向葉片旋轉面積的空氣質量是7200kg，已知空氣動能與空氣質量成正比，故1h空氣所產生的能量為：

；

相當于完全燃燒煤的質量：

；

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

，，

當風速為10m/s時，每1kg空氣的動能（E）為50J，所以產生能量為：

，

這臺風力發電機的風能轉化為電能的效率為：

；

（3）因為海拔越高，風速越大，風能越大；

但海拔過高，空氣稀薄，空氣質量少，相同時間內獲得的風能少，發電機的發電效率不高，所以理想空氣發電廠應建立在海拔4600m到10000m的空中。