Question

由于对生态环境的破坏，地表土裸露，大片土地沙漠化，加上春季干旱少雨，所以近年来我国北方地区3，4月份扬尘天气明显增多．由于南下的冷空气所带来的大风，席卷了我国从新疆到沿海的北方大部分地区，出现罕见的沙尘暴天气．据环保部门测定，在北京地区沙尘暴严重时，最大风速达到12m/s，同时大量的微粒在空中悬浮．

　　根据光的散射知识我们知道，从太阳发出的白光在空中经微粒散射后射向地面，在地面上的人看天空时，看到的是散射光．如果空中的微粒直径比光的波长小得多，散射光的强度跟光的波长的四次方成反比．在白天雨过天晴后，由于空中的微粒很小，太阳发出的可见光中蓝、紫光的波长最短，被散射得最明显，所以看到的天空呈蓝色．当空中悬浮的微粒直径d与入射光的波长λ之比d/λ＞0.5时，不同色光的散射强度与波长关系不大，所以在空中悬浮微粒较大时，即使是在晴好的白天我们也很难看到蓝天．晴天的条件下发生沙尘暴时，我们不能看到蓝天，就是这个原因．

(1)若在晴朗的白天出现了沙尘天气，使得天空不再呈蔚蓝色，设可见光的平均波长为5.0×m，求沙尘天气时空中悬浮微粒的直径至少多大？

(2)沙尘暴使空气中的悬浮微粒的最高浓度达到5.8×，悬浮微粒的密度为2.0×，其中悬浮微粒的直径小于m的称为“可吸入颗粒物”，对人体的危害最大．北京地区出现上述沙尘暴时，设悬浮微粒中总质量的1/50为可吸入颗粒物，并认为所有可吸入颗粒物的平均直径为5.0×，求1.0的空气中所含可吸入颗粒物的数量是多少？(计算时把可吸入颗粒物视为球形，计算结果保留一位有效数字)

(3)没有沙尘暴时，风能是可以利用的清洁能源，利用风力发电机发电就是利用风能的有效途径．已知风力发电机将空气的动能转化为电能的效率为40％，空气的密度为1.3kg/，某风力发电机风车的有效受风面积为5.0，此风力发电机在风速为10m/s时的输出电功率为多大？

Answer 1

    （1）2.5×m       （2）9×个       (3)1.3×W

解析:

(1)因为d/λ＞0.5，所以沙尘天气微粒的直径d的最小值为

        d＝0.5λ＝2.5×m．

　　(2)沙尘天气时，1的空气中所含悬浮微粒的总体积为：

　　    V＝m/ρ＝5.8×/2×＝2.9×，

　　其中可吸入颗粒物的体积为：

　　    ＝V/50＝5.8×，

　　1的空气中所含可吸入颗粒物的数量为：

        N＝/V＝8.9×个，

　　所以1.0的空气中所含可吸入颗粒物的数量约是9×个．

　　(3)1s内吹到风车上的空气的体积为V＝Sv，这些空气所具有的动能为

        ，

风力发电机在风速为10m/s时的输出电功率为：

　　    P＝η＝η·＝1.3×W．