Question

某电力公司开发出一种圆柱形气球状的发电机（如图为示意图），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到地面．假如气球体积3.0×10 ⁵米³，最大发电功率为3000千瓦；（设300米高空的空气密为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）阿基米德原理适用于气体，知道空气的密度、气球的体积（排开空气的体积），利用阿基米德原理求气球受到的浮力；
（2）知道发电机的最大发电功率，利用P=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：电磁体、线圈；
（4）根据4个地区风速大小和有风的时间分析．
【解析】
（1）v排=v气球=3×105m3，
气球受到的浮力：
F浮=ρ空气gv排
=1.2kg/m3×9.8N/kg×3×105m3
=3.528×106N；
（2）最大年发电量：
W=Pt=3000kW×6000h=1.8×107kW•h；
（3）发电机主要由电磁体、线圈组成；
（4）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3.528×106N；
（2）该风力发电机的最大年发电量是1.8×107kW•h；
（3）发电机内部必备的组成部件是电磁体、线圈；
（4）C地区最适合风力发电．