Question

7．創(chuàng)造發(fā)明不斷改善著我們的生活，新的理念也不斷被應(yīng)用．

（1）節(jié)能壺--瑞士大學(xué)學(xué)生設(shè)計了一款“水壺臺燈”，如圖所示，“水壺臺燈”是由玻璃壺、圓形底座和白熾燈組成．白熾燈與壺形燈罩下方的凹槽正好吻合（燈泡不直接與水接觸），可將發(fā)光時所產(chǎn)生的熱能用于茶水保溫．白熾燈標有100W字樣，該臺燈正常工作半小時時所消耗的電能為1.8×10⁵焦；若上述電能的91%轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，可將0.78千克初溫為40℃的水加熱至90℃．（c_水=4.2×10³（J/kg•℃））．
（2）重力燈--英國的里弗斯設(shè)計了一款概念環(huán)保燈，如圖所示，它將重力勢能作為“可再生能源”，通過一定的裝置將重力勢能轉(zhuǎn)化為電能．已知重物質(zhì)量為20 千克，每次被舉高2 米，LED 燈的額定功率為1 瓦．（g 取10 牛/千克），重物每被舉高一次，人至少對重物做功400焦，若重力做的功有50%轉(zhuǎn)化為電能，每舉高一次重物能使該燈正常照明200秒．
（3）緩壓筆--細心的中國設(shè)計師發(fā)現(xiàn)：寫字的時候，筆的上端都會來回搖擺，根據(jù)物理學(xué)原理設(shè)計出一款“收音機鋼筆”，希望給在繁重功課壓力下的學(xué)生增添一些樂趣．這支鋼筆有內(nèi)置電池，當你書寫的時候，筆端搖搖擺擺產(chǎn)生電流，就能給電池儲存電量．而鋼筆上面的頻道調(diào)節(jié)、音量調(diào)節(jié)、耳機插孔、音響等配置一個不少．如此一來，在枯燥的學(xué)習之中你便可以聽聽音樂或是新聞，以緩和學(xué)習的壓力．文中劃線部分是基于電磁感應(yīng)形成的，給內(nèi)置電池充電過程的能量轉(zhuǎn)化情況是電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能．

Answer 1

分析 （1）知道燈的額電功率，燈正常工作時的電功率，利用W=Pt求消耗的電能；
由題知，上述電能的91%轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，即Q_吸=W_電×91%，再利用Q_吸=cm△t求水的質(zhì)量．
（2）在舉高的過程中，人對重物做的功其實就是克服重物的重力做功，已知質(zhì)量可以計算出重物的重力，又知舉高的高度，根據(jù)W=Gh計算做的功；
根據(jù)重物重力做的功與電能之間的關(guān)系得到電能的大小，又知LED燈的功率，利用P=$\frac{W}{t}$的變形公式求出時間．
（3）閉合電路的部分導(dǎo)體在磁場中做切割磁感線運動，導(dǎo)體中就會產(chǎn)生感應(yīng)電流；
電功的實質(zhì)就是能量間的轉(zhuǎn)化，要根據(jù)物體產(chǎn)生的能量性質(zhì)分析能量轉(zhuǎn)化的方向；

解答 解：（1）由P=$\frac{W}{t}$可得，100W燈正常發(fā)光0.5h消耗的電能：W=Pt=0.1kW×0.5h=0.05kW•h=1.8×10⁵J；
由題知，Q_吸=W_電×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）重物的重力為：G=mg=20kg×10N/kg=200N，
人對重物做的功：W=FS=Gh=200N×2m=400J；
（3）由η=$\frac{{W}_{電}}{W}$可得，重物重力做的功轉(zhuǎn)化的電能為：
W_電=Wη=400J×50%=200J，
由P=$\frac{W}{t}$可得，每舉高一次重物能使該燈正常照明的時間：
t=$\frac{{W}_{電}}{P}$=$\frac{200J}{1W}$=200s．
（3）這款搖擺鋼筆是基于電磁感應(yīng)的原理制成的；
給電池充電時，使其內(nèi)部發(fā)生化學(xué)變化，故使電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能．
故答案為：（1）1.8×10⁵；0.78；（2）400；200；（3）電磁感應(yīng)；電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能．

點評 本題是一道信息給予題，考查了電磁感應(yīng)、能量轉(zhuǎn)化等知識點，主要考查學(xué)生對所學(xué)物理知識的應(yīng)用能力．