Question

“潮汐發(fā)電”是海洋能利用中發(fā)展最早、規(guī)模最大、技術(shù)較成熟的一種方式。某海港的貨運(yùn)碼頭，就是利用“潮汐發(fā)電”為皮帶式傳送機(jī)供電，圖1所示為皮帶式傳送機(jī)往船上裝煤。本題計(jì)算中取sin18^o=0.31，cos18^o=0.95，水的密度ρ =1.0×10³kg/m³，g=10m/s²。

（1）皮帶式傳送機(jī)示意圖如圖2所示, 傳送帶與水

平方向的角度θ = 18^o，傳送帶的傳送距離為L = 51.8m，它始終以v = 1.4m/s的速度運(yùn)行。在傳送帶的最低點(diǎn)，漏斗中的煤自由落到傳送帶上（可認(rèn)為煤的初速度為0），煤與傳送帶之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ = 0.4。求：從煤落在傳送帶上到運(yùn)至傳送帶最高點(diǎn)經(jīng)歷的時(shí)間t；

（2）圖3為潮汐發(fā)電的示意圖。左側(cè)是大海，中間

有水壩，水壩下裝有發(fā)電機(jī)，右側(cè)是水庫(kù)。當(dāng)漲潮到海平面最高時(shí)開閘，水由通道進(jìn)入海灣水庫(kù)，發(fā)電機(jī)在水流的推動(dòng)下發(fā)電，待庫(kù)內(nèi)水面升至最高點(diǎn)時(shí)關(guān)閉閘門；當(dāng)落潮到海平面最低時(shí)，開閘放水發(fā)電。設(shè)某潮汐發(fā)電站發(fā)電有效庫(kù)容V =3.6×10 ⁶m³，平均潮差Δh = 4.8m，一天漲落潮兩次，發(fā)電四次。水流發(fā)電的效率η₁ = 10％。求該電站一天內(nèi)利用潮汐發(fā)電的平均功率P；

（3）傳送機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，1秒鐘有m = 50kg的煤從漏斗中落到傳送帶上。帶動(dòng)傳送帶的電動(dòng)機(jī)將輸入電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率η₂ = 80%，電動(dòng)機(jī)輸出機(jī)械能的20%用來克服傳送帶各部件間的摩擦（不包括傳送帶與煤之間的摩擦）以維持傳送帶的正常運(yùn)行。若用潮汐發(fā)電站發(fā)出的電給傳送機(jī)供電，能同時(shí)使多少臺(tái)這樣的傳送機(jī)正常運(yùn)行？

Answer 1

（1）  38s     （2）400kW     （3）30臺(tái)

解析:

：（1）煤在傳送帶上的受力如右圖所示  （1分）

        根據(jù)牛頓第二定律  μm′gcosθ– m′gsinθ = m′a      （1分）

        設(shè)煤加速到v需要時(shí)間為t₁    v = at₁       t₁ = 2s   （1分）

         設(shè)煤加速運(yùn)動(dòng)的距離為s₁    v² = 2as₁      s₁ = 1.4m （1分）

        設(shè)煤勻速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t₂  L – s₁ = vt₂      t₂ = 36s　（1分）

        總時(shí)間                 t = t₁ + t₂ = 38s          （1分）

   （2）一次發(fā)電，水的質(zhì)量    M = ρV = 3.6×10⁹kg       （1分）

               重力勢(shì)能減少    E_P = Mg            （1分）

        一天發(fā)電的能量        E = 4 E_P×10 %     （2分）

        平均功率                         （1分）

        求出                 P = 400kW         （1分）

   （3）一臺(tái)傳送機(jī)，將1秒鐘內(nèi)落到傳送帶上的煤送到傳送帶上的最高點(diǎn)

煤獲得的機(jī)械能為  E_機(jī)=          （1分）

        傳送帶與煤之間因摩擦產(chǎn)生的熱 Q =      （1分）

        煤與傳送帶的相對(duì)位移        m    （1分）

        設(shè)同時(shí)使n臺(tái)傳送機(jī)正常運(yùn)行，根據(jù)能量守恒

            P×80%×80% = n（+）（3分）

        求出                 n = 30臺(tái)             　       （2分）

        評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：若僅列出一個(gè)能量守恒方程，方程全對(duì)給5分，若方程有錯(cuò)均不給分。