Question

【题目】空气流动形成风，风能够发电.风力发电机是将风能(气流的动能)转化为电能的装置，其主要部件包括风轮机、齿轮箱、发电机等(如图所示).风力发电时，风轮机叶片受到风力的推动后转动，从而带动发电机发电.某地的一台风力发电机，其风轮正面迎风，当风速为8 m/s时，每秒钟流向叶片旋转面积的空气质量是7 200 kg，该地的空气密度是1. 2 kg/m3.已知空气动能与空气质量成正比，且1 kg空气在不同的速度(v)时的动能(E)如下表所示.

(1)由表格可知，1 kg空气产生的风能(即动能)与空气的速度数量关系是___________.

(2)当风速为8 m/s时，这样的一台风力发电机在1h内获得的风能，与完全燃烧多少千克热值为3. 2×107J/kg的煤所产生的内能相当___________?

(3)当风速为10 m/s时，1秒钟风力发电机能对外提供5.4×104J的电能，那么这台风力发电机的风能转化为电能的效率是多少____________?

(4)科学家认为，理想风力发电厂应建立在海拔4 600 m到10 000 m的空中，因为海拔越高，_________越大，风能越大;但海拔过高，空气稀薄，___________少，相同时间内获得的风能少，发电机的发电效率不高.

Answer 1

【答案】25.92 kg12%风速空气质量

【解析】

（1）由表格可知，，，------，即

1kg空气产生的风能（即动能）与空气的速度数量关系是：；

（2）当风速为8m/s时，由表中数据知，每1kg空气的动能（E）为32J，当每秒钟流向叶片旋转面积的空气质量是7200kg，已知空气动能与空气质量成正比，故1h空气所产生的能量为：

；

相当于完全燃烧煤的质量：

；

（2）在空气密度、风扇的叶片旋转面积以及时间相同的情况下，m、v成正比，即：

，，

当风速为10m/s时，每1kg空气的动能（E）为50J，所以产生能量为：

，

这台风力发电机的风能转化为电能的效率为：

；

（3）因为海拔越高，风速越大，风能越大；

但海拔过高，空气稀薄，空气质量少，相同时间内获得的风能少，发电机的发电效率不高，所以理想空气发电厂应建立在海拔4600m到10000m的空中。