Question

（2012?江寧區二模）能源是當今世界最關注的問題之一，世界上的煤、石油和天然氣等能源在不久的將來將被消耗殆盡．現在都在大力開發和推廣清潔的能源．風力發電已經被廣泛運用．如圖是某風力發電場的外景．

（1）在煤、石油、風能、天然氣中屬于可再生能源的是

風能

．
（2）圖乙中的

b

圖是發電機的原理圖．
（3）當風速為10m/s時，一臺風機1min內可獲得的動能是2.4×10⁶J，若其中的20%轉化為電能，這臺風機的發電功率．
（4）這臺風機工作1h所發電能相當于完全燃燒多少kg標準煤（煤的熱值為3.0×l0⁷J/kg）．
（5）通過本題的討論，請你舉一例，說明能量轉化與轉移有一定的方向性．

Answer 1

分析：（1）要解答本題需掌握：可再生能源是能在短時間內形成的能源，可再生資源特點是取之不盡用之不竭．
（2）發電機是把機械能轉換為電能的裝置，通電導體在磁場中做切割磁感線運動，電路中產生感應電流，故電路中不需要電源．
（3）已知獲得的動能和轉化效率，以及工作時間，根據公式P=

W

t

可求發電功率．
（4）已知發電功率和工作時間，根據公式W=Pt可求產生的電能，再利用公式Q=qm求出標準煤的質量．
（5）能量守恒定律指：能量可以從某一種形式轉化為另一種形式，或從一個物體轉移到另一個物體，在轉化或轉移的過程中能量的總量保持不變；能量轉化具有方向性．

解答：解：（1）在風能、石油、天然氣、煤”這些能源中，風能是可再生能源，石油、天然氣、煤是不可再生能源．
故答案為：風能．
（2）a圖中開關閉合后，電路中有電流，通電導體或線圈受到磁場力的作用發生運動，不符合題意；
b圖開關閉合后，在外力作用下使導體左右移動，切割磁感應線，則電流表指針發生偏轉，說明此時有感應電流產生，這是電磁感應現象，是發電機的工作原理，符合題意．
故選b．
（3）獲得的電能W_電=η×W_動=20%×2.4×10⁶J=4.8×10⁵J，
這臺風機的發電功率P=

W

t

=

4.8×105J

60s

=8×10³W．
答：這臺風機的發電功率為8×10³W．
（4）這臺風機工作1h所發電能W=Pt=8×10³W×3600s=2.88×10⁷J，
所以需要燃燒煤的質量m=

W

q

=

2.88×107J

3×107J/kg

=0.96kg．
答：這臺風機工作1h所發電能相當于完全燃燒0.96kg標準煤．
（5）冬天，火爐把自己的內能傳遞給房間里的空氣，供人們取暖；到了春天，不能把這些內能重新收集起來，來年再用，說明能量的轉移有方向性．汽車制動時，由于摩擦，動能轉化成了地面、空氣的內能，這些能量不能自動地用來再次開動汽車，說明能量的轉化有方向性．

點評：（1）本題考查電能、電功率、質量等的計算，關鍵是公式及其變形的靈活運用，還考查了風的形成，解題過程中要注意單位的換算．
（2）能量守恒定律告訴我們能量總量是不變的，但方向性告訴我們有些有用能量會越來越少的．