Question

12．“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，发电机的线圈在磁场中切割磁感线产生电流，这种电流是电交流（选填“直流”或“交流”）．发电的过程属于磁生电（选填“电生磁”或“磁生电”），这个过程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10 h消耗0.01度的电能．
（3）将一个重为400N的沙袋举高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）产生感应电流的关键是：闭合电路的部分导体，做切割磁感线运动；当发电机中没有换向器时，产生的电流为交流电；
根据消耗的能量和得到的能量得出能量的转化；
（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）发电机的线圈在磁场中切割磁感线产生电流，由于没有换向器，因此这种电流是交流电；发电的过程属于磁生电，这个过程消耗了机械能，得到了电能，因此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；
由W=Pt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ηW′=Pt可得：
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）切割；交流；磁生电；机械；（2）0.5；10；（3）720；576；3.125×10^-3．

点评 本题综合考查电磁感应现象、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．