貧民窟中的黑科技單靠重力工作的電燈

當我們在享受電燈帶來的各種便利時，身處在發(fā)展中國家貧困地區(qū)的人們卻在依靠極度危險的煤油燈進行照明。針對發(fā)展中國家普遍用不上電的情況，2012年12月，英國倫敦設計師馬丁·瑞德福和吉姆·里弗斯發(fā)明了一款實用的“重力燈”（GravityLight）。顧名思義，它靠重力發(fā)電。在燈身上掛著的一個重物，重物下落時，它會拉動燈中心的一根繩子，從而啟動一臺發(fā)電機。發(fā)電機把下落重物產(chǎn)生的能量為燈供電。這和手搖式發(fā)電裝置的原理一樣，只不過重力燈的運動方向更垂直。這種重力燈和蘋果手機一起被譽為21世紀最偉大的發(fā)明。

現(xiàn)在，重力燈迎來了第二代-----“重力LED燈GL02”，其亮度相當于一個12瓦的日光燈（如圖1），使用壽命可以達到200年�！爸亓�LED燈GL02”掛于大約2米高，通過拉幾下珠繩把重物吊起，松開后，重物因重力的關系會慢慢下降（每秒大約2mm，如圖2）。以一系列的齒輪帶動一個直流發(fā)電機，發(fā)電時間約為20分鐘�！爸亓�LED燈GL02”采用了全新的保護機制，可以確保超重的物體安全地著陸地面。當沙包落到地面時，只要將沙包再提高至原來位置，又可以繼續(xù)發(fā)電。這樣就能擁有綠色、不用電池、無污染、使用“零”成本、源源不斷的光線。而且“重力LED燈GL02”機身上有DC插座，還可以為收音機等設備進行供電，其他類似的裝置——比如電池充電器也能用同樣的方式工作。重力LED燈的照明時間取決于安裝的高度，正常情況下，安置于1.8米的高度，可以維持約20分鐘的照明，當然你安裝高度的越高，維持時間越長。

（1）重力燈的主要構件是直流發(fā)電機，它的工作原理是______________。重力燈工作過程中主要的能量轉化形式是：將________能轉化成__________能再轉化成________能。

（2）重力燈的內部結構如圖3所示，使用了滑輪系統(tǒng)，通過向下拉珠繩把重物吊起。重力燈利用滑輪系統(tǒng)的目的是___________________________________。

（3）LED燈是由發(fā)光二極管組成，電光轉換效率極高，具有單向導電性。當二極管兩端外加正向電壓時，如果正向電壓很小，正向電流也幾乎為零，當正向電壓大于某個值以后，二極管正向導通，電流隨電壓增大而迅速上升。當二極管兩端外加反向電壓不超過一定范圍時，通過二極管的電流幾乎為零，二極管處于截止狀態(tài)。外加反向電壓超過某一數(shù)值時，反向電流會突然增大，這種現(xiàn)象稱為電擊穿。因而使用時應避免二極管外加的反向電壓過高。如圖4所示，為一發(fā)光二極管中的電流隨它兩端電壓變化的曲線。

①以下判斷中錯誤的是（_____）

A．當該二極管兩端的正向電壓為0.2V時，二極管處于導通狀態(tài)

B．當該二極管兩端的正向電壓為0.8V時，二極管處于導通狀態(tài)

C．當該二極管兩端的反向電壓為10V時，二極管處于截止狀態(tài)

D．當該二極管兩端的反向電壓為50V時，二極管將會被擊穿

②該二極管兩端的正向電壓為0.5V時的電阻____________（選填“大于”、“等于”、“小于”）正向電壓為0.7V時的電阻。

（4）如果某一次使用重力燈，將質量為20Kg的重物吊起到1.8m的高度釋放，重物以2mm/s速度勻速豎直下降，整個過程中可使10只并聯(lián)的標有“3V、10mA”LED燈正常發(fā)光。則整個過程中重物的重力做功______________J（g=10N/kg）；重力燈的能量轉化效率為___________。

（5）重力燈是綠色、無污染的清潔照明工具，使用“零”成本。但它也有不足之處，請說出使用重力燈的一點不足：_______________________。

（1）實驗前在檢查儀器時，發(fā)現(xiàn)電流表指針如圖B所示，則接下來的操作是___________．

（2）請你在圖A中補上兩根導線，將電路連接完整．

（3）正確連接電路后閉合開關，改變滑動變阻器的阻值，多次測量，小明畫出了小燈泡中電流隨其兩端電壓變化的關系圖像（如圖C），則小燈泡的額定功率為___________W．在多次測量中，小明還發(fā)現(xiàn)：當電壓表的示數(shù)增大時，電壓表與電流表的示數(shù)之比___________．（選填“變大”、“變小”或“不變”）．

（4）小明發(fā)現(xiàn)用久了的燈泡在額定電壓下工作時，燈泡亮度明顯偏暗，燈泡亮度偏暗的原因是燈絲發(fā)光時發(fā)生___________（選填物態(tài)變化名稱）而變細，消耗的實際功率變小的緣故．

（5）燈泡的功率測量完畢，小明用5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、25Ω的定值電阻更換電路中的燈泡，探究電流跟電阻的關系，得出五組數(shù)據(jù)，描點作圖得到如圖D所示的電流I隨電阻R變化的圖像，則小明應選用滑動變阻器___________（選填“R1”、“R2”或“R3”）．在第三次實驗中定值電阻和滑動變阻器消耗的電功率之比為___________．

（1）圖（a）中的AB段反映了運動物體在做______________運動，表中x處的值約為________m．接下來，該同學將不同數(shù)量（1只、2只、3只、4只、5只）的“小紙杯”先后疊放在一起從空中釋放，并分別測出它們的速度一時間圖線，如圖（b）中圖線1、2、3、4、5所示，則

（2）觀察圖（b）中單個紙杯的速度一時間圖線1可知，小紙杯在直線下落的開始階段，其運動速度的變化具有_________的特點，小紙杯最后做勻速直線運動，此時，它所受空氣的阻力________自身重力（選填“大于”、“小于”或“等于”）．

（3）單個紙杯和5只疊放紙杯比較，在它們各自到達勻速運動時所受的空氣阻力之比為f1：f5＝_______；再結合圖（b）中的圖線1和圖線5可知，物體運動時遇到的阻力確實隨著速度的增加而增大，但不成正比例關系，理由是

（1）請將小剛同學方案中的空缺部分填寫完整______，_______．

（2）找出小剛方案中的不足之處：______．

（3）兩種方案對比（小剛方案中的不足之處已得到修正），你認為______方案更好一些．你的理由是______

（1）豆?jié){機正常工作，打漿時的工作電流；

（2）豆?jié){機加熱電阻的阻值；

（3）豆?jié){機正常工作做一次豆?jié){，總共消耗的電能；

（4）一天晚上做豆?jié){時，小明對豆?jié){機的實際加熱電功率產(chǎn)生了懷疑，經(jīng)測算此時豆?jié){機兩端實際電壓只有198V,請你幫助他計算豆?jié){機的實際加熱電功率，并分析產(chǎn)生這種情況的可能原因．

（1）貨車空載時，對地面的壓強；

（2）貨車空載行駛時所受的阻力大��；

（3）貨車以36km/h的速度空載勻速行駛時，10s內貨車牽引力做的功；

（4）貨車以90kW的功率、90km/h的速度勻速行駛時，求貨車最多可裝載多重的貨物。

（____）

［c水=4.2×103J/（kg·℃）、q無煙煤=3×107J/kg］

（1）α＞0的材料，隨溫度升高，材料的電阻將________；

（2）在上述R﹣T圖象中，其中_______表示金屬電阻隨溫度變化的規(guī)律．

（3）在上述材料中，最適合做定值電阻的材料是________．

（4）有一根銅導線，在0℃時的電阻為2 Ω，則在100℃時的電阻大約為______Ω．