Question

18．“重力电灯”是一种依靠重力做功产生电能的环保型电源，如图，在使用过程中，首先由人将沙袋举高，使人的生物能转化为沙袋的重力势能，然后沙袋通过减速器匀速下落带动发电机发电，点亮灯泡．
（1）发电机是“重力电灯”的核心部件之一．发电的过程中将机械能转化为电能．
（2）“重力电灯”灯泡的额定功率为1W，额定电压为2V，则该灯泡正常工作时电流为0.5 A，它工作10h消耗0.01度的电能．
（3）将一个重为400N沙袋举高1.8m后从静止开始释放至落地，重力做功720 J，调节减速器，让沙袋匀速下落，且沙袋下落过程中重力势能减小量的80%转化为灯泡的电能，此时发电机的输出电压恰为灯泡的额定电压，则一次举高沙袋能让额定功率为1W灯泡正常发光576s．此时沙袋通过减速器匀速下落的速度为3.125×10^-3m/s．

Answer 1

分析 （1）发电机发电的过程中将机械能转化为电能．
（2）根据P=UI的变形公式可求出灯泡正常工作时的电流；由W=Pt即可求出消耗0.01度电所用的时间；
（3）根据W=Gh即可求出重力做的功；根据机械效率和W=Pt即可求出灯泡工作的时间；根据速度公式即可求出沙袋下落的速度．

解答 解：（1）发电的过程中将机械能转化为电能．
（2）由P=UI可得，
灯泡正常工作时的电流：
I=$\frac{P}{U}=\frac{1W}{2V}$=0.5A；
已知P=1W=0.001kW，由P=$\frac{W}{t}$可得消耗0.01度的电能，灯泡工作的时间：
t=$\frac{W}{P}$=$\frac{0.01kW•h}{0.001kW}$=10h；
（3）重力做的功：W′=Gh=400N×1.8m=720J；
由“沙袋下落过程中重力势能减小量的80%转化为灯泡的电能”可知，
ηW′=Pt：
即80%×720J=1W×t
t=$\frac{80%×720J}{1W}$=576s；
沙袋通过减速器匀速下落的速度：
v=$\frac{s}{t}=\frac{1.8m}{576s}$=3.125×10^-3m/s．
故答案为：
（1）机械； （2）0.5； 10；（3）720； 576；3.125×10^-3．

点评 本题综合考查发电机原原理、功、功率计算公式的应用以及速度的计算；涉及的内容较多，但都属于基础知识考查范围．