解题思路:(1)由表格读出风速为6m/s时每千克空气具有的动能即可;(2)根据W=Pt求出一年1000台这样的风力发电机所产生的能量,再利用m=Q q即可求出完全燃烧多少千克的煤.(3)单位时间内通过风扇的空气质量,可理解为流经风扇的空气密度和空气体积的乘积,然后用风扇的横截面积和速度公式表示出空气的体积大小,然后表示出空气质量的表达式m=ρv=ρsl=ρs•vt,通过比较找出m、v的关系,利用表格所给数据算出风速为10m/s时,1s钟流向叶片旋转面积的空气质量,再根据表格可知确定此时产生的能量,再利用η=E电E风×100%即可求出风力发电机的风能转化为电能的效率.
(1)由表格读出风速为6m/s时每千克空气具有的动能为30J;
(2)一年1000台这样的风力发电机所产生的能量E=P总t=nP0t=1000×1.2×105J/s×3000×3600s=1.296×1015J,
∵Q=E=1.296×1015J,
∴由q=[Q/m]得:
相当完全燃烧的煤质量m=[Q /q]=
1.296×1015J
3×107J/kg=4.32×107kg.
(3)设风扇的叶片旋转面积为S,风速为v;
单位时间t内,通过风扇的空气流量为:V=SL=S•vt;
那么这些空气的质量为:m=ρV=ρS•vt;
∵风扇的叶片长为40m,则S=πr2=3.14×(40m)2=5024m2,
∴m′=ρS•vt=1.2kg/m3×5024m2×10m/s×1s=60288kg,
根据表可知产生能量为:E风=50J/kg×60288kg=3.0144×106J,
这台风力发电机的风能转化为电能的效率为:η=
E电
E风×100%=
3.8×105J
3.0144×106J×100%≈12.6%.
答:(1)当风速为6m/s时,每千克空气具有的动能是30J;
(2)一年获得的电能相当于完全燃烧4.32×107kg的煤产生的能量;
(3)它将风能转化为电能的效率是12.6%.
点评:
本题考点: 热量的计算;电功与热量的综合计算.
考点点评: 要解好此题,要求同学们平时关注科学,增加课外阅读量;联系实际,拓宽视野,直面现实生活中的物理问题,学以致用;活化物理基本知识,注重基本素质和能力的培养.