Question

7．创造发明不断改善着我们的生活，新的理念也不断被应用．

（1）节能壶--瑞士大学学生设计了一款“水壶台灯”，如图所示，“水壶台灯”是由玻璃壶、圆形底座和白炽灯组成．白炽灯与壶形灯罩下方的凹槽正好吻合（灯泡不直接与水接触），可将发光时所产生的热能用于茶水保温．白炽灯标有100W字样，该台灯正常工作半小时时所消耗的电能为1.8×10⁵焦；若上述电能的91%转化为内能，可将0.78千克初温为40℃的水加热至90℃．（c_水=4.2×10³（J/kg•℃））．
（2）重力灯--英国的里弗斯设计了一款概念环保灯，如图所示，它将重力势能作为“可再生能源”，通过一定的装置将重力势能转化为电能．已知重物质量为20 千克，每次被举高2 米，LED 灯的额定功率为1 瓦．（g 取10 牛/千克），重物每被举高一次，人至少对重物做功400焦，若重力做的功有50%转化为电能，每举高一次重物能使该灯正常照明200秒．
（3）缓压笔--细心的中国设计师发现：写字的时候，笔的上端都会来回摇摆，根据物理学原理设计出一款“收音机钢笔”，希望给在繁重功课压力下的学生增添一些乐趣．这支钢笔有内置电池，当你书写的时候，笔端摇摇摆摆产生电流，就能给电池储存电量．而钢笔上面的频道调节、音量调节、耳机插孔、音响等配置一个不少．如此一来，在枯燥的学习之中你便可以听听音乐或是新闻，以缓和学习的压力．文中划线部分是基于电磁感应形成的，给内置电池充电过程的能量转化情况是电能转化为化学能．

Answer 1

分析 （1）知道灯的额电功率，灯正常工作时的电功率，利用W=Pt求消耗的电能；
由题知，上述电能的91%转化为内能，即Q_吸=W_电×91%，再利用Q_吸=cm△t求水的质量．
（2）在举高的过程中，人对重物做的功其实就是克服重物的重力做功，已知质量可以计算出重物的重力，又知举高的高度，根据W=Gh计算做的功；
根据重物重力做的功与电能之间的关系得到电能的大小，又知LED灯的功率，利用P=$\frac{W}{t}$的变形公式求出时间．
（3）闭合电路的部分导体在磁场中做切割磁感线运动，导体中就会产生感应电流；
电功的实质就是能量间的转化，要根据物体产生的能量性质分析能量转化的方向；

解答 解：（1）由P=$\frac{W}{t}$可得，100W灯正常发光0.5h消耗的电能：W=Pt=0.1kW×0.5h=0.05kW•h=1.8×10⁵J；
由题知，Q_吸=W_电×91%=1.8×10⁵J×91%=1.638×10⁵J，
由Q_吸=cm△t可得：
1.638×10⁵J=4.2×10³（J/kg•℃）×m×（90℃-40℃）
m=0.78kg．
（2）重物的重力为：G=mg=20kg×10N/kg=200N，
人对重物做的功：W=FS=Gh=200N×2m=400J；
（3）由η=$\frac{{W}_{电}}{W}$可得，重物重力做的功转化的电能为：
W_电=Wη=400J×50%=200J，
由P=$\frac{W}{t}$可得，每举高一次重物能使该灯正常照明的时间：
t=$\frac{{W}_{电}}{P}$=$\frac{200J}{1W}$=200s．
（3）这款摇摆钢笔是基于电磁感应的原理制成的；
给电池充电时，使其内部发生化学变化，故使电能转化为化学能．
故答案为：（1）1.8×10⁵；0.78；（2）400；200；（3）电磁感应；电能转化为化学能．

点评 本题是一道信息给予题，考查了电磁感应、能量转化等知识点，主要考查学生对所学物理知识的应用能力．