如圖是我國西部某地區風力發電的外景.該地區空氣密度為1.3kg/m3,一臺風車的輪葉轉動時可以形成面積為100m2的圓面.下表給出了在不同風速下一臺風車獲得的能量.
平均風速(m/s) | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 |
1s內獲得的能量(×104J) | 4 | 8 | 12 | 16 | 20 | 24 |
(2)若此地平均風速為15m/s,1臺這樣的風車10分鐘獲得的風能是多少?
(3)上題的這么多能量若有42%被80kg初溫為20℃的水吸收,水溫可達到多少℃?(一個標準大氣壓下)
(4)若某時間內風速為10m/s,一臺風車工作1小時所產生的電能供10只“220V 100W”燈泡正常工作8h,求這臺風車發電的效率.
解:
(1)由表中數據可知,風車獲得的能量隨風速的增大而增大,并且成倍數的增加,所以風車獲得的能量與風速成正比關系;
(2)由表中數據可知,當風速為15m/s時,每秒獲得的能量為12×104J,
所以10分鐘獲得的風能為:W=12×104J×10×60s=7.2×107J,
(3)由題知,Q吸=W×42%=7.2×107J×42%,
∵Q吸=cm△t,
即:7.2×107J×42%=4.2×103J/(kg?℃)×80kg×△t,
解得:△t=90℃,
∵一個標準大氣壓下水的沸點為100℃
∴水的末溫:t=100℃;
(4)由表中數據可知,當風速為10m/s時,每秒獲得的能量為8×104J,
風車工作1小時獲得的能量:W總=8×104J/s×3600s=2.88×108J;
風車工作1小時產生的電能:W=Pt=10×100W×8×3600s=2.88×107J;
故風車發電的效率:η===10%.
答:(1)風車獲得的能量與風速成正比關系;
(2)1臺這樣的風車10分鐘獲得的風能是7.2×107J;
(3)水溫可達到100℃;
(4)這臺風車發電的效率為10%.
(1)分析表中數據發現,風車獲得的能量隨風速的增大而增大,并且成倍數的增加,據此回答;
(2)已知風速為15m/s時,每秒獲得的能量和風車工作時間,可以求出10分鐘獲得的風能;
(3)由題知Q吸=W×42%,再根據吸熱公式求水的末溫(注意:一個標準大氣壓下水的沸點為100℃);
(4)根據上表所提供的數據,可求1h獲得的能量;已知燈泡的額定功率和工作時間,根據公式W=Pt可求燈泡消耗的電能;燈泡消耗的電能與風車產生的電能之比就是這臺風車發電的效率.
點評:本題考查消耗電能、產生能量、效率、熱量的計算,關鍵是公式及其變形的靈活運用;要學會從題目所給信息中找到有用的數據,解題過程中要注意單位的換算.
聯系生活——學習物理妙招:慣性定律:不受外力是條件,保持勻直或靜止,平衡效果合為零,相當沒有受外力。