貧民窟中的黑科技單靠重力工作的電燈

當(dāng)我們?cè)谙硎茈姛魩��?lái)的各種便利時(shí)，身處在發(fā)展中國(guó)家貧困地區(qū)的人們卻在依靠極度危險(xiǎn)的煤油燈進(jìn)行照明。針對(duì)發(fā)展中國(guó)家普遍用不上電的情況，2012年12月，英國(guó)倫敦設(shè)計(jì)師馬丁·瑞德福和吉姆·里弗斯發(fā)明了一款實(shí)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(gè)重物，重物下落時(shí)，它會(huì)拉動(dòng)燈中心的一根繩子，從而啟動(dòng)一臺(tái)發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)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(guò)重力燈的運(yùn)動(dòng)方向更垂直。這種重力燈和蘋果手機(jī)一起被譽(yù)為21世紀(jì)最偉大的發(fā)明。

現(xiàn)在，重力燈迎來(lái)了第二代-----“重力LED燈GL02”，其亮度相當(dāng)于一個(gè)12瓦的日光燈（如圖1），使用壽命可以達(dá)到200年。“重力LED燈GL02”掛于大約2米高，通過(guò)拉幾下珠繩把重物吊起，松開后，重物因重力的關(guān)系會(huì)慢慢下降（每秒大約2mm，如圖2）。以一系列的齒輪帶動(dòng)一個(gè)直流發(fā)電機(jī)，發(fā)電時(shí)間約為20分鐘�！爸亓�LED燈GL02”采用了全新的保護(hù)機(jī)制，可以確保超重的物體安全地著陸地面。當(dāng)沙包落到地面時(shí)，只要將沙包再提高至原來(lái)位置，又可以繼續(xù)發(fā)電。這樣就能擁有綠色、不用電池、無(wú)污染、使用“零”成本、源源不斷的光線。而且“重力LED燈GL02”機(jī)身上有DC插座，還可以為收音機(jī)等設(shè)備進(jìn)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(shí)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(dāng)然你安裝高度的越高，維持時(shí)間越長(zhǎng)。

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

（2）重力燈的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示，使用了滑輪系統(tǒng)，通過(guò)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(zhuǎn)換效率極高，具有單向?qū)щ娦浴．?dāng)二極管兩端外加正向電壓時(shí)，如果正向電壓很小，正向電流也幾乎為零，當(dāng)正向電壓大于某個(gè)值以后，二極管正向?qū)�通，電流隨電壓增大而迅速上升。當(dāng)二極管兩端外加反向電壓不超過(guò)一定范圍時(shí)，通過(guò)二極管的電流幾乎為零，二極管處于截止?fàn)顟B(tài)。外加反向電壓超過(guò)某一數(shù)值時(shí)，反向電流會(huì)突然增大，這種現(xiàn)象稱為電擊穿。因而使用時(shí)應(yīng)避免二極管外加的反向電壓過(guò)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(cuò)誤的是（_____）

A．當(dāng)該二極管兩端的正向電壓為0.2V時(shí)，二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)

B．當(dāng)該二極管兩端的正向電壓為0.8V時(shí)，二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)

C．當(dāng)該二極管兩端的反向電壓為10V時(shí)，二極管處于截止?fàn)顟B(tài)

D．當(dāng)該二極管兩端的反向電壓為50V時(shí)，二極管將會(huì)被擊穿

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

（4）如果某一次使用重力燈，將質(zhì)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(gè)過(guò)程中可使10只并聯(lián)的標(biāo)有“3V、10mA”LED燈正常發(fā)光。則整個(gè)過(guò)程中重物的重力做功______________J（g=10N/kg）；重力燈的能量轉(zhuǎn)化效率為___________。

（5）重力燈是綠色、無(wú)污染的清潔照明工具，使用“零”成本。但它也有不足之處，請(qǐng)說(shuō)出使用重力燈的一點(diǎn)不足：_______________________。

（1）實(shí)驗(yàn)前在檢查儀器時(shí)，發(fā)現(xiàn)電流表指針如圖B所示，則接下來(lái)的操作是___________．

（2）請(qǐng)你在圖A中補(bǔ)上兩根導(dǎo)線，將電路連接完整．

（3）正確連接電路后閉合開關(guān)，改變滑動(dòng)變阻器的阻值，多次測(cè)量，小明畫出了小燈泡中電流隨其兩端電壓變化的關(guān)系圖像（如圖C），則小燈泡的額定功率為___________W．在多次測(cè)量中，小明還發(fā)現(xiàn)：當(dāng)電壓表的示數(shù)增大時(shí)，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(shí)，燈泡亮度明顯偏暗，燈泡亮度偏暗的原因是燈絲發(fā)光時(shí)發(fā)生___________（選填物態(tài)變化名稱）而變細(xì)，消耗的實(shí)際功率變小的緣故．

（5）燈泡的功率測(cè)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(guān)系，得出五組數(shù)據(jù)，描點(diǎn)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(yīng)選用滑動(dòng)變阻器___________（選填“R1”、“R2”或“R3”）．在第三次實(shí)驗(yàn)中定值電阻和滑動(dòng)變阻器消耗的電功率之比為___________．

（1）圖（a）中的AB段反映了運(yùn)動(dòng)物體在做______________運(yùn)動(dòng)，表中x處的值約為________m．接下來(lái)，該同學(xué)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(cè)出它們的速度一時(shí)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(gè)紙杯的速度一時(shí)間圖線1可知，小紙杯在直線下落的開始階段，其運(yùn)動(dòng)速度的變化具有_________的特點(diǎn)，小紙杯最后做勻速直線運(yùn)動(dòng)，此時(shí)，它所受空氣的阻力________自身重力（選填“大于”、“小于”或“等于”）．

（3）單個(gè)紙杯和5只疊放紙杯比較，在它們各自到達(dá)勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)所受的空氣阻力之比為f1：f5＝_______；再結(jié)合圖（b）中的圖線1和圖線5可知，物體運(yùn)動(dòng)時(shí)遇到的阻力確實(shí)隨著速度的增加而增大，但不成正比例關(guān)系，理由是

（1）請(qǐng)將小剛同學(xué)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(duì)比（小剛方案中的不足之處已得到修正），你認(rèn)為______方案更好一些．你的理由是______

（1）豆?jié){機(jī)正常工作，打漿時(shí)的工作電流；

（2）豆?jié){機(jī)加熱電阻的阻值；

（3）豆?jié){機(jī)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(shí)，小明對(duì)豆?jié){機(jī)的實(shí)際加熱電功率產(chǎn)生了懷疑，經(jīng)測(cè)算此時(shí)豆?jié){機(jī)兩端實(shí)際電壓只有198V,請(qǐng)你幫助他計(jì)算豆?jié){機(jī)的實(shí)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(shí)，對(duì)地面的壓強(qiáng)；

（2）貨車空載行駛時(shí)所受的阻力大��；

（3）貨車以36km/h的速度空載勻速行駛時(shí)，10s內(nèi)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(shí)，求貨車最多可裝載多重的貨物。

（____）

［c水=4.2×103J/（kg·℃）、q無(wú)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(dǎo)線，在0℃時(shí)的電阻為2 Ω，則在100℃時(shí)的電阻大約為______Ω．