Question

3．閱讀短文，回答問題．
海洋溫差發電
    海洋表層和深層的溫度不同，我國南海地區表層海水溫度高于25℃，而1千米深處海水溫度低于6℃．海水溫差發電，就是利用海水表層和深層之間的溫度差來發電的，據估算，我國南海地區的海洋溫差發電潛力可達14億千瓦．

如圖所示是海洋溫差發電系統的原理圖．蒸發器中液態的工作物質（氨）從表層溫水中吸熱，汽化為高壓蒸汽，蒸汽推動渦輪機轉動，帶動發電機發電．完成發電后的氣態工作物質在冷凝器中向深層低溫海水放熱，重新變為液態，再送回蒸發器循環使用．
某型號發電機的部分技術參數如表．

額定發電功率	40kW
額定發電電壓	400V
線圈電阻	0.1Ω
凈    重	100kg
底部面積	0.05m2

（1）把這臺發電機放在水平地面上，對水平地面的壓強為2×10³Pa，正常工作時，輸出電流100A．（g取10N/kg）
（2）關于海洋溫差發電過程中能量的幾種說法中，正確的是B
A．蒸發器中，工作物質通過做功增加內能
B．渦輪機中，工作物質對渦輪機做功內能減少
C．發電機中，主要是把電能轉化為機械能
D．冷凝器中，工作物質通過做功增加內能
（3）發電機正常工作時，線圈電阻消耗的電功率為1kW；如發電機的線圈用超導材料制作，則該發電系統的輸出功率將提高2.5%．
（4）若把南海溫差發電潛力全部開發出來，每天發電量為3.36×10¹⁰kW•h．已知煤電轉換關系為β=380g/（kW•h），如果用燒煤的方法發出這么多的電能，則一天需要燒煤1.2768×10⁷t．

Answer 1

分析 （1）發電機放在水平地面上，壓力等于重力，根據p=$\frac{F}{S}$求出對地面的壓強；
根據P=UI即可求出正常工作時的輸出電流；
（2）在能量轉化過程中，消耗掉的能量轉化為增加的能量；據此判斷；
（3）利用P=I²R求出線圈電阻消耗的電功率，如發電機的線圈用超導材料制作，則機械能全部轉化為電能，據此利用η=$\frac{△P}{{P}_{輸出}′}$求出輸出功率提高量；
（4）根據公式P=$\frac{W}{t}$計算每天發電量；已知煤電轉換關系為β=380g/（kW•h），根據發電量即可求出一天需要燒的煤的質量．

解答 解：（1）發電機放在水平地面上對地面的壓力：F=G=mg=100kg×10N/kg=1000N，
p=$\frac{F}{S}$=$\frac{1000N}{0.5{m}^{2}}$=2×l0³Pa；
由P=UI得：
正常工作時的輸出電流I=$\frac{{P}_{額}}{{U}_{額}}$=$\frac{40×1{0}^{3}W}{400V}$=100A；
（2）A．蒸發器中液態的工作物質（氨）從表層溫水中吸熱，汽化為高壓蒸汽，工作物質通過熱傳遞增加內能，故A錯誤；
B．蒸汽推動渦輪機轉動，工作物質在渦輪機中做功，內能轉化為機械能；故B正確；
C．發電機發電是把機械能轉化為電能，故C錯誤；
D．氣態工作物質在冷凝器中向深層低溫海水放熱，重新變為液態，是熱傳遞的過程，故D錯誤．
故選B．
（3）線圈電阻消耗的電功率P_熱=I²R=（100A）²×0.1Ω=1000W=1kW；
如發電機的線圈用超導材料制作，則電能全部轉化為機械能，
則電能增加的功率△P=P_熱=1000W；
輸出功率提高量η=$\frac{△P}{{P}_{輸出}′}$×100%=$\frac{1000W}{40×1{0}^{3}W}$×100%=2.5%；
（4）由P=$\frac{W}{t}$得每天發電量W=Pt=14×10⁸kW×24h=3.36×10¹⁰kW•h；
已知煤電轉換關系為β=380g/（kW•h），則一天需要燒的煤的質量：
m=Wβ=3.36×10¹⁰kW•h×380g/（kW•h）=1.2768×10¹³g=1.2768×10⁷t．
故答案為：（1）2×l0³；100；（2）B；（3）1；2.5；（4）3.36×10¹⁰；1.2768×10⁷．

點評 本題考查對非純電阻電路電功率、熱功率和輸出功率關系的理解和運算能力．要注意在非純電阻電路中，求電功率，只能用P_電=UI，求發熱功率只能用P_熱=I²R．