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解:由题意可知,$Q_{放}=W=1.972×10^{17}\ \mathrm{J}$
根据$Q_{放}=mq$可得,标准煤的质量:
$m=\frac{Q_{放}}{q}=\frac{1.972×10^{17}\ \mathrm{J}}{2.9×10^{7}\ \mathrm{J/kg}}=6.8×10^{9}\ \mathrm{kg}=6.8×10^{6}\ \mathrm{t}$
解:高效节能空调12年消耗的电能:
$W_{A}=P_{A}t=1.16\ \mathrm{kW}×500\ \mathrm{h}×12=6960\ \mathrm{kW·h}$
一般节能空调12年消耗的电能:
$W_{B}=P_{B}t=1.5\ \mathrm{kW}×500\ \mathrm{h}×12=9000\ \mathrm{kW·h}$
节约的电能:$W_{省}=W_{B}-W_{A}=9000\ \mathrm{kW·h}-6960\ \mathrm{kW·h}=2040\ \mathrm{kW·h}$
节约的电费:$2040\ \mathrm{kW·h}×0.50\ \mathrm{元/(kW·h)}=1020\ \mathrm{元}$
建议购买高效节能型空调。因为高效节能型空调能节约能源、提高效率、保护环境


应选用额定电压为36V的用电器
用电器总功率不超过200W
$3×10^{7}$
困难:风力不稳定
前景:随着技术的不断成熟,成本下降较快,有望低于火力发电成本;风力发电对环境几乎没有污染等
【分析】
1. 第(1)问:风力发电机工作时,风能推动叶片转动,先转化为机械能,再通过发电机将机械能转化为电能,最终实现风能到电能的转化。
2. 第(2)问:选择用电器需结合风力发电机的额定参数,从电压匹配和功率限制两个角度考虑,确保用电器与发电机参数适配,避免设备损坏。
3. 第(3)问:先将年发电量的单位从kW·h转换为焦耳,再利用燃料燃烧放热公式$Q=mq$变形计算煤的质量,注意单位统一。
4. 第(4)问:结合实际分析,风力发电的困难源于风能的不稳定性等;前景从环保、可再生、技术发展等角度阐述。
【解析】
(1) 风力发电机工作时,风能推动叶片转动,最终转化为电能,因此是将风能转化为电能的设备。
(2) 根据风力发电机的参数,其额定电压为36V,额定功率为200W,因此选择用电器时:
① 应选用额定电压为36V的用电器,保证电压匹配;
② 用电器总功率不超过200W,防止过载损坏发电机。
(3) 先将年发电量单位转换为焦耳:
$2.5×10^8\ \mathrm{kW·h}=2.5×10^8×3.6×10^6\ \mathrm{J}=9×10^{14}\ \mathrm{J}$
由$Q=mq$可得煤的质量:
$m=\frac{Q}{q}=\frac{9×10^{14}\ \mathrm{J}}{3.0×10^7\ \mathrm{J/kg}}=3×10^7\ \mathrm{kg}$
(4) 困难:风力不稳定,受地域和气候条件限制;前景:风力发电属于清洁能源,对环境几乎无污染,随着技术不断成熟,成本逐渐降低,未来应用前景广阔。
【答案】
(1) 风;电
(2) ① 应选用额定电压为36V的用电器;② 用电器总功率不超过200W
(3) $3×10^7$
(4) 困难:风力不稳定;前景:随着技术的不断成熟,成本下降较快,有望低于火力发电成本;风力发电对环境几乎没有污染等
【知识点】
能量转化;电功率应用;燃料放热计算
【点评】
本题结合风力发电的实际场景,综合考查了能量转化、电功率匹配以及燃料放热计算等物理知识,既体现了物理与生活的联系,又引导学生关注新能源开发的意义,培养环保意识。
【难度系数】
0.6