Question

4．重力燈是英國里弗斯設計的一款概念環(huán)保燈，它是通過一定的裝置將重力勢能轉(zhuǎn)化為電能的設備．如圖所示，已知沙袋重力為200N，用滑輪系統(tǒng)將它提升到2m高處，然后放手讓沙袋下降到地面，此過程中重力所做的功是400J，利用滑輪系統(tǒng)的目的是改變力的方向．已知重力燈功率為0.5W，重力勢能轉(zhuǎn)化為電能效率為50%，則每舉高一次該沙袋使重力燈正常照明400s．

Answer 1

分析 （1）由W=Gh計算重力做功的多少；定滑輪：相當于一個等臂杠桿，能改變力的方向；
（2）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，又知燈的功率，利用P=$\frac{W}{t}$變形計算時間．

解答 解：
（1）由題知，沙袋重力為200N，被提高2m，所以沙袋下降到地面重力所做的功：
W=Gh=200N×2m=400J；
由圖知，使用的滑輪是一個定滑輪，所以提起沙袋時人可向下用力，即滑輪系統(tǒng)的目的是改變力的方向；
（4）由題知，重力勢能轉(zhuǎn)化為電能效率為50%，
由η=$\frac{{W}_{電}}{W}$得重物重力做的功轉(zhuǎn)化的電能為：W_電=ηW=50%×400J=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=$\frac{{W}_{電}}{P}$=$\frac{200J}{0.5W}$=400s．
故答案為：400；改變力的方向；400．

點評 本題考查功的計算、滑輪的工作特點、電功率與電能、時間的關(guān)系，屬于常見題型，熟練掌握相關(guān)的公式是解題的關(guān)鍵．