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113物理分科測驗19


<題組題>[題組:第19–20題]

◎ 風能為再生能源,可作為實現淨零碳排的綠色能源。風力發電(簡稱:風電)利用風力帶動風電葉片旋轉,將風的動能透過發電模組轉換成電能,其功率 \( P \) 與單位時間內空氣流向風電葉片的氣流動能成正比。

19. 空氣以速度 \( v \) 垂直流向風電葉片,葉片旋轉所形成的假想圓形平面其面積為 \( A \),如圖8。

(a) 在時間 \( \Delta t \) 內,密度為 \( \rho \) 的空氣流向風電葉片的質量 \( m \) 為何?(請以試題中所定義的參數符號表示)(2分)

(b) 風電的功率 \( P \) 與風速的三次方(\( v^3 \))成正比,請說明其原因為何?(3分)

答案

(a) \(m = \rho A v \Delta t\)
(b) 單位時間動能 \(\frac{E_k}{\Delta t} \propto \frac{1}{2} m v^2\),代入 \(m \propto v\),得 \(P \propto v^3\)。答案:(a) \(m = \rho A v \Delta t\) (b) 略解如上


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