Question

7．重力灯是英国里弗斯设计的一款概念环保灯，它是通过一定的装置将重力势能转化为电能的设备，如图所示．已知沙袋重力为200N，用滑轮系统将它提升到2m高处，然后放手让沙袋下降到地面，此过程中重力所做的功是400J，利用滑轮系统的目的是省力且改变拉力的方向，传动装置带动发电机发电，发电机的工作原理是电磁感应．已知重力灯功率为0.5W，重力势能转化为电能效率为50%，则每举高一次该沙袋使重力灯正常照明400s．

Answer 1

分析 （1）已知沙袋重力和下降的高度，利用W=Gh计算重力所做的功；
（2）根据滑轮组的工作特点分析解答；
（3）闭合电路中的一部分导体切割磁感线时，电路会产生感应电流；
（4）根据重物重力做的功与电能之间的关系得到电能的大小，又知灯的功率，利用P=$\frac{W}{t}$变形计算时间；

解答 解：（1）重力所做的功：W=Gh=200N×2m=400J；
（2）由图可知，该滑轮系统是有一个定滑轮和一个动滑轮组成的滑轮组，既可以省力，又可以改变拉力的方向；
（3）发电机的工作原理是电磁感应现象，即闭合电路中的一部分导体切割磁感线时，电路会产生感应电流；
（4）由η=$\frac{{W}_{电}}{W}$得重物重力做的功转化的电能为：
W_电=Wη=400J×50%=200J，
由P=$\frac{W}{t}$得每举高一次重物能使该灯正常照明的时间：
t=$\frac{{W}_{电}}{P}$=$\frac{200J}{0.5W}$=400s；
故答案为：（1）400；（2）省力且改变拉力的方向；（3）电磁感应；（4）400．

点评 本题考查功的计算、滑轮组的工作特点、电功率与电能、时间的关系，属于常见题型，熟练掌握相关的公式是解题的关键．