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風能將成為21世紀能源．，其主要部件包括風輪機、齒輪箱，發(fā)電機等．如圖所示．
（1）利用電阻為10Ω的導線向外輸送風力發(fā)電機產生的電能．輸送功率PO=300kw，輸電電壓U=10kv，求導線上通過的電流為多大？
（2）已知某風力發(fā)電機的風速6m/s時能夠輸出電功率P=160kW．我國某地區(qū)風速不低于6m/s的時間每年約為5000小時，試估算這臺風力發(fā)電機在該地區(qū)的最小年發(fā)電量是多少千瓦時．
（3）風輪機葉片旋轉所掃過的面積為風力發(fā)電機可接受風能的面積．在風速和葉片數確定的情況下，要提高風輪機單位時間接受的風能，簡述可采取的措施．

解：（1）導線上通過的電流為：
I===30A；
（2）這臺風力發(fā)電機在該地區(qū)的最小年發(fā)電量為：
W=Pt=160×103W×5000h=8×105KW?h；
（3）要提高風輪機單位時間接受的風能可從：
增大風輪機葉片旋轉所掃過的面積或調整風輪機的方向．
答：（1）導線上通過的電流為30A；
（2）這臺風力發(fā)電機在該地區(qū)的最小年發(fā)電量為8×105KW?h；
（3）增大風輪機葉片旋轉所掃過的面積或調整風輪機的方向．
分析：（1）已知輸送功率和輸電電壓，根據I=求出導線上通過的電流；
（2）已知風力發(fā)電機的風速6m/s時的輸出電功率和發(fā)電時間，根據W=Pt求出這臺風力發(fā)電機在該地區(qū)的最小年發(fā)電量；
（3）要提高風輪機單位時間接受的風能，要從風的方向和可接受風能的面積著手考慮．
點評：本題考查了電流、電功的計算，關鍵是能從所給信息中找到需要的知識點，注重了基本素質和能力的培養(yǎng)．
練習冊系列答案
相關習題

科目：初中物理 來源：1＋1　輕巧奪冠·優(yōu)化訓練　九年級物理 北京課改版 題型：048

閱讀與思考．

21世紀——核能時代

　　21世紀，能源問題是首先要解決的問題之一，隨著人口的增加和經濟的發(fā)展，能源的消耗量飛快地增長．從目前的消耗量計算，石油還能采50年，煤最多能采100多年．若全世界均按美國和加拿大的耗能水平(人均耗煤8.4噸/年)計算，即使人口增長率為零，地球上的煤也只能維持30多年，而石油和天然氣只能維持10幾年．

　　雖然地球上還有其他形式的能源，如太陽能、風能、地熱能、水能等，但與煤和石油相比微不足道，不能滿足人類的需要．相比之下，核能是解決能源危機的一個最有效的途徑．核能是地球上儲量最豐富的能源．又是高度密集的能源．它的效率是驚人的，1 kg核燃料所釋放的能量相當于2 500 t煤或2 000 t石油．而且，核裂變發(fā)電技術已經成熟，它有其無法取代的優(yōu)點．首先，是地球上核燃料資源儲量豐富，已探明的礦至少有460萬噸，可供人類使用200多年；其次，核能發(fā)電比較經濟，總的算起來，核電廠的發(fā)電成本要比火電廠低15％～50％；第三，核電是清潔的能源，有利于保護環(huán)境．

　　所以，21世紀是核能發(fā)電的大發(fā)展時期．氫是一種很有前途的新的“二次能源”．液態(tài)氫已被用來作為人造衛(wèi)星和宇宙飛船中的能源，但困難是不能大量制�。湓蚴悄壳爸迫涞霓k法是以消耗其他能源為代價的．若利用核聚變反應則非常有希望解決這一問題．因為海水中含有大量氫及其同位素氘和氚(據計算，一桶海水中能提取的氘的能量相當于300桶汽油)．若將海水中所有的氘的核能都釋放出來，它所產生的能量足以提供人類使用數百億年．

　　然而，實現持續(xù)的可控核聚變，難度非常大．核聚變反應的溫度大約需要幾十億度，在這樣的高溫下，氘、氚混合燃料形成高溫等離子態(tài)．這里有許多問題需要解決，如怎樣加熱到如此高的溫度？怎樣盛裝如此高溫度的等離子體？這就是如何約束的問題．

　　目前，世界各國已建造多種類型的試驗裝置200多臺．近年來，設在英國牛津附近的核聚變裝置完成了一項可控核聚變試驗．在圓形圈內，在2億攝氏度下，氘、氚氣體相遇成功爆炸，產生了200 kW的能量，試驗持續(xù)了幾分鐘．雖然這距實際應用還有相當大的距離，技術上也還有許多難題需要解決．但已露出勝利的曙光．預計到21世紀50年代前后能實現原型示范的可控聚變反應．

　　可見，下世紀一旦核聚變能被利用起來，將會使人類徹底擺脫能源危機．我們設想，到那時，廉價的能源將使21世紀成為一個能量富足的時代，可生產出更豐富更新型的產品，而成本更為低廉．例如，可以從海洋中提取更多有用的元素，像金和鉑，到那時，其價值不再是金錢的象征．那么利用金和鉑耐腐蝕的優(yōu)良特性，來制造耐腐蝕的儲槽、閥門、管道等，可延長其使用壽命而不用頻繁更換．

　　此外，從海水中提取礦物質的“核”工廠生產過程中的副產品——蒸餾水，也非常有用，可以通過管道將它們輸送到水源短缺的地方，實施龐大的灌溉計劃，改造農田，生產過程中產生的熱量還可以送入城市，用于取暖或作為熱源．核能除了發(fā)電之外，還可以用于煉鋼、推動動力機械、海水淡化處理、建筑物供熱采暖、空調制冷及熱水供應等．

　　低溫核供熱反應堆是一種既清潔、經濟又安全的理想新熱源．建設一座20萬千瓦的供熱堆，每年消耗核燃料二氧化鈾僅1 t，它可以為500萬立方米的建筑物供暖．利用核能還可以對海水進行淡化處理，以解決缺水問題．

　　法國已設計了一種輕小型反應堆，功率為10～20萬千瓦，只有10個大氣壓的運行壓力，比較安全．利用堆芯產生的熱量將海水加熱蒸餾，每天可生產8萬立方米淡水，可供15萬人飲用．

　　中子照相已成為一種新的無損檢驗方法，它可以彌補X射線和γ射線照相的不足之處，進行一些它們鞭長莫及的工作．如可以檢驗手機、航天器、火箭等裝置內部零件的結構狀況和質量，進行考古文物內部的無損檢驗等．

　　可以預計，21世紀是核能與核技術在醫(yī)學中廣泛應用并取得重大發(fā)展的時代．除了現有的核醫(yī)學診斷治療技術之外，中子治療癌癥是比較有前途的方法之一．這是因為許多癌組織對硼有較好的吸收效果，同時硼又有吸收中子的能力，當它被癌組織吸收后，經中子輻照，硼－10變成鋰－7，并放出α粒子，α粒子的射線能量較高，可以更有效地殺死癌細胞．

　　例如，日本有一腦癌患者就是利用這種方法治療后，不僅痊愈了，而且還能駕駛卡車，簡直不可思議．在交通運輸領域，核能的利用將使其產生革命性的變革．核能艦船組成的遠洋艦隊可以在水上游弋幾十年而不用補充燃料．如果將反應堆做得足夠小，并解決防護問題，到那時，就能生產出核能汽車、核能坦克、核能火車、核能飛機．

　　核能還可作為宇宙飛船的動力，到那時，人們可以到其他星系去旅游．21世紀，人們可以對“老天爺”——天氣發(fā)號施令．人類將充分利用核能與大自然抗衡．到那時，不會因氣候和天氣情況影響飛機的起降，沒有飛機會因機場封凍而不能著陸，因為我們可設法在飛機水泥跑道下面安裝蒸氣管道．

　　不難預料，未來的世紀將是科學技術日新月異的時代，是人類學會和自然和諧相處的時代，是經濟和文明繼續(xù)高速發(fā)展的時代，也是核能與核技術全方位應用的新時代．未來的核能時代將成為人類歷史上最光彩奪目、最美好的時代．

(李士　中國科學院核分析開放實驗室)

(1)21世紀存在什么樣的能源危機？為什么說核能是解決能源危機的一個最有效的途徑？

(2)21世紀，核能除了發(fā)電之外，還有哪些方面的應用？

(3)人類社會現在所應用的能源很多來自千百萬年前埋在地下的植物經過漫長的地質年代形成的化石能源(例如：石油、煤)，如果有一天化石燃料枯竭了，你能否想出一些能替代這些化石能源的清潔能源．(至少寫出三種)

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科目：初中物理 來源：素質教育新學案·物理·九年級·全一冊 題型：064

閱讀以下文章并回答后面的問題．

雨、雪、垃圾能發(fā)電

　　科學家們發(fā)現，大自然中蘊藏著巨大的能量，可以通過多種手段，從21世紀初期開始，有一定規(guī)模地向雨雪垃圾索電，是完全可以實現的．

　　利用積雪發(fā)電：大家知道，積雪的溫度是0℃以下，因此雪中蘊藏著巨大的冷能．科學家提出利用積雪發(fā)電的大膽設想．它的工作原理是，將蒸發(fā)器放在地面上，將凝縮器放在高山上，再用兩根管子將它們連接在一起，然后抽出管內空氣，用地下熱水使低沸點的氟里昂(即現代電冰箱所用的制冷物質)汽化，并以雪冷卻凝縮器，由于氟里昂的沸點很低，加上管內被抽空，所以它就沸騰起來，變成氣體快速向管子的上端跑去，沖擊汽輪機旋轉，從而帶動發(fā)電機發(fā)電．試驗證明，1 t雪可把2～4 t氟里昂送上蓄液器．可見雪的發(fā)電本領是十分驚人的．

　　雪的資源極其豐富，地球上34％的國家屬多雪地區(qū)．我國東北和新疆北部是全國下雪天數最多的地區(qū)，每年平均在40天以上，積雪日數在90天以上．積雪發(fā)電的問世，將使茫茫雪原變成人類的又一理想的未來發(fā)電能源．

　　利用下雨發(fā)電：目前，科學家們研究雨能的利用已獲得成功，它是利用一種葉片交錯排列，并能自動關閉的輪子，輪子的葉片可以接受來自任何方向的雨滴，并能自動開關，使輪子一側受力大，另一側受力小，從而在雨滴沖擊和慣性的作用下高速旋轉，驅動電機發(fā)電．雨能電站可以彌補地面太陽能電站的不足，使人類巧妙而完美地應用太陽能、風能、雨能．

　　我國南方雨能資源豐富，特別是華東、華南、中南和西南各省的雨水充足，一年四季冰雪期很少，雨季的降雨量一般都比較多，陰雨天利用雨能發(fā)電，陽天利用太陽能發(fā)電，這樣無論晴天或陰雨天，人們都可以享受到大自然的恩賜，享受到電能帶來的光和熱．

　　微生物電池：在探索微生物能源工作中，一些國家正在從事著微生物電池的研究．什么是微生物電池呢？它是一種用微生物的代謝產物，做電極活性物質，從而獲取電能．從研究的進展看，作為微生物電池的活性物質，只限于甲酸、氫、氨等．我們用一種叫產氣單抱菌的細菌，處理100摩爾椰子汁，使其生成甲酸，然后把以此做電解液的3個電池串連在一起，生成的電能可使半導體收音機連續(xù)播放50多個小時．當然，這只是試驗，但它表現出的事實是令人神往的．

　　21世紀是人類飛向宇宙的時代，在宇宙飛船這樣的封閉系統中，排泄物的處理確實是個必須解決的問題．美國宇宙航行局設計了一種一舉兩得的解決方案：用一種芽孢桿菌處理尿，使尿酸分解而生成尿素，在尿素酶的作用下分解尿素產生氨．氨用做電極活性物質，在鉑電極上產生電極反應，組成了邀翔太空的理想微生物電池．在宇航條件下，每人每天如果排出22克尿，就能夠獲得47瓦時的電力．

　　氫燃料電池，成為微生物能源的又一種電能形式．利用一種產生氫氣能力強的細菌，在容積為10升的發(fā)酵裝置中，每小時所產生的近20升氫氣，足以維持3.1～3.5伏燃料電池的工作．科學日新月異的21世紀，有機廢水的處理也與微生物電池發(fā)生了密切關系．在利用微生物處理有機廢水時，在使廢水無害化的同時，可以把微生物的代謝產物做微生物電池的活性物質，從而獲得電能，從這個角度上，微生物做為同時解決公害和能源問題的一種手段，已引起人們的廣泛注意．盡管微生物電池的研制尚處在萌芽狀態(tài)，使用也還只限于一定范圍，但是到21世紀的某一天，微生物電池就能夠帶動著馬達飛轉，為人類創(chuàng)造更多的物質財富．

　　向污泥要能源：城市下水道污泥中富含有機物質，其中蘊藏著可觀的能量．不少國家已開始利用厭氧細菌將下水道污泥“消化”，然后收集其中產生的沼氣作為熱源，并將下水道污泥制成固體燃料．

　　關于下水道污泥作為固體燃料的開發(fā)與實用化研究方面，歐洲國家居領先地位．日本東京都能源局利用下水道污泥作為燃料發(fā)電的試驗也已獲成功．日本能源科學家還將下水道污泥利用多級蒸發(fā)法制成固狀物，所得燃料的發(fā)熱量為16 000～18 000 kJ/kg，與煤差不多．

　　德國的一家化學公司將工廠下水道排放的廢水(其中含10％的普通生活污水)進行處理，所得活性污泥作為燃料，他們在下水道污水中加入有機凝集劑，再用電力脫水機脫去部分水分，加入一定比例的粉煤，最后利用壓濾機榨干水分，用這種方法制成的燃料發(fā)熱量大約是9 200～1 000 kJ/kg，并且將其干燥、粉碎后并不影響其燃燒性能．

　　從下水道污泥中挖掘潛在能源，不僅開辟了能源新途徑，還可以根本上解決城市下水道污泥污染問題．對改善城市地下水水質有著至關重要的作用．環(huán)境科學家有必要重新估計下水道污泥的作用和利用價值，進一步研究下水道污水處理以及下水道水系的設計．

　　目前，世界上許多國家正在研究，能否建立一個從污水處理到能源、環(huán)保方面的綜合管理體系，以便一勞永逸地解決下水道污水的去向問題．

摘自《能源趣覽》

閱讀完以上文章后回答：

(1)文中介紹了哪幾種新的能源利用方式？分別是什么？

(2)利用積雪和下雨發(fā)電的工作原理分別是什么？

(3)結合你在日常生活中對能源的利用，談談你對節(jié)約能源的看法．

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