Question

某电力公司开发出一种圆柱形气球状的发电机（图为示意图），悬于风力足够大且较稳定的300米高空，中心处大的风扇随风转动，带动发电机，产生的电流通过系着的电线传到地面．假如气球体积4.0×10⁵米³，最大发电功率为2500千瓦；（设300米高空的空气密度为1.2千克/米³）问：
（l）气球在高空受到的浮力为多少？
（2）若该风力发电机每年工作6000小时，则它的最大年发电量是多少千瓦时？
（3）根据发电机的工作原理推测其内部必备的组成部件是什么？
（4）A、B、C、D表示四个不同地区300米高空一年内的平均风速，哪个地区最适合风力发电？

Answer 1

分析：（1）根据阿基米德原理，浸在液体或气体中的物体受到的浮力等于排开的液体或气体受到的重力，所以F浮=ρ液gV排或F浮=ρ气gV排；
（2）知道发电机的最大发电功率，利用公式W=Pt求最大年发电量；
（3）发电机是利用电磁感应原理制成的，其主要构造：磁铁、线圈（或定子、转子）；
（4）根据4个地区风速大小和有风的时间分析，要适合发电，风速要大，且要正常．

解答：解：（1）V_排=V_气球=4.0×10⁵m³，
气球受到的浮力：
F_浮=ρ_空气gV_排
=1.2kg/m³×10N/kg×4.0×10⁵m³
=4.8×10⁶N；
（2）由P=

W

t

得，
W=Pt=2500kW×6000h=1.5×10⁷kW?h；
（3）发电机主要由电磁体、线圈组成；
（4）由图知，AB地区有时风速大，但风速小的时间长，D地区整年风速小，只有C地区平均风速比较大，该地区最适合风力发电．
答：（l）气球在高空受到的浮力为4.8×10⁶N；
（2）该风力发电机的最大年发电量是1.5×10⁷kW?h；
（3）发电机内部必备的组成部件是磁铁、线圈（或定子、转子）；
（4）C．

点评：本题考查了学生对阿基米德原理、电功的计算、发电机的原理及构造的了解与掌握，首先要掌握最基本的计算公式，在计算代入数据时注意单位统一，特别电功（发电量）的计算，利用好“P-W、W-kW?h、t-h”这一套单位．