阅读短文,回答问题:贫民窟中的黑科技 单靠重力工作的电灯 当我们在享受电灯带来的各种便利时,身处在发展*...
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阅读短文,回答问题:
贫民窟中的黑科技 单靠重力工作的电灯
当我们在享受电灯带来的各种便利时,身处在发展*家贫困地区的人们却在依靠极度危险的煤油灯进行照明.针对发展*家普遍用不上电的情况,2012年12月,英国伦敦设计师马丁·瑞德福和吉姆·里弗斯发明了一款实用的“重力灯”(GravityLight).顾名思义,它靠重力发电.在灯身上挂着的一个重物,重物下落时,它会拉动灯中心的一根绳子,从而启动一台发电机.发电机把下落重物产生的能量为灯供电.这和手摇式发电装置的原理一样,只不过重力灯的运动方向更垂直.这种重力灯和苹果手机一起被誉为21世纪最伟大的发明.
现在,重力灯迎来了第二代-----“重力LED灯GL02”,其亮度相当于一个12瓦的日光灯(如图1),使用寿命可以达到200年.“重力LED灯GL02” 挂于大约2米高,通过拉几下珠绳把重物吊起,松开后,重物因重力的关系会慢慢下降(每秒大约2mm,如图2).以一系列的齿轮带动一个直流发电机,发电时间约为20分钟.“重力LED灯GL02”采用了全新的保护机制,可以确保超重的物体安全地着陆地面.当沙包落到地面时,只要将沙包再提高至原来位置,又可以继续发电.这样就能拥有绿*、不用电池、无污染、使用“零”成本、源源不断的光线.而且“重力LED灯GL02”机身上有DC*座,还可以为收音机等设备进行供电,其他类似的装置——比如电池充电器也能用同样的方式工作.重力LED灯的照明时间取决于安装的高度,正常情况下,安置于1.8米的高度,可以维持约20分钟的照明,当然你安装高度的越高,维持时间越长.
(1)重力灯的主要构件是直流发电机,它的工作原理是______________.重力灯工作过程中主要的能量转化形式是:将_______能转化成__________能再转化成________能.
(2)重力灯的内部结构如图3所示,使用了滑轮系统,通过向下拉珠绳把重物吊起.重力灯利用滑轮系统的目的是___________________________________ .
(3)LED灯是由发光二极管组成,电光转换效率极高,具有单向导电*.当二极管两端外加正向电压时,如果正向电压很小,正向电流也几乎为零,当正向电压大于某个值以后,二极管正向导通,电流随电压增大而迅速上升.当二极管两端外加反向电压不超过一定范围时,通过二极管的电流几乎为零,二极管处于截止状态.外加反向电压超过某一数值时,反向电流会突然增大,这种现象称为电击穿.因而使用时应避免二极管外加的反向电压过高.如图4所示,为一发光二极管中的电流随它两端电压变化的曲线.
①以下判断中错误的是(______)
A.当该二极管两端的正向电压为0.2V时,二极管处于导通状态
B.当该二极管两端的正向电压为0.8V时,二极管处于导通状态
C.当该二极管两端的反向电压为10V时,二极管处于截止状态
D.当该二极管两端的反向电压为50V时,二极管将会被击穿
②该二极管两端的正向电压为0.5V时的电阻________(选填“大于”“等于”“小于”)正向电压为0.7V时的电阻.
(4)如果某一次使用重力灯,将质量为20Kg的重物吊起到1.8m的高度释放,重物以2mm/s速度匀速竖直下降,整个过程中可使10只并联的标有“3V、10mA”LED灯正常发光.则整个过程中重物的重力做功______________ J(g=10N/ kg);重力灯的能量转化效率为___________.
(5)重力灯是绿*、无污染的清洁照明工具,使用“零”成本.但它也有不足之处,请说出使用重力灯的一点不足: _______________________.
【回答】
【答题空1】电磁感应 机械 电 光 省力、改变施力的方向 A 大于 360 75% 功率小;供电时间短;不能持续供电
【解析】
【分析】
(1)发电机的工作原理是电磁感应;分析可知重力灯工作过程中主要的能量转化;
(2)重力灯利用滑轮系统既省力又能改变施力的方向;
(3)①对照图像判断各选项;②分析可知,该二极管两端的正向电压由0.5V增加到0.7V时,电流随电压增大而迅速上升,即电阻迅速减小;
(4)由W=Gh=mgh求出重力做的功,由P=UI求出一只灯的功率,重物以2mm/s速度匀速竖直下降1.8m所需时间即灯的工作时间,由W电=P总t求出灯内消耗的电能,再由=求重力灯的能量转化效率;
(5)分析知重力灯的不足:功率小;供电时间短;不能持续供电.
【详解】
(1)重力灯的主要构件是直流发电机,它的工作原理是电磁感应.重力灯工作时,重物下落,启动一台发电机,消耗机械能,得到电能,灯发光,将电能转化为光能,故重力灯工作过程中主要的能量转化形式是:将机械能转化成电能再转化成光能.
(2)由图可知,重力灯的内部结构使用了滑轮系统,其目的是省力、改变施力的方向.
(3)①由图4可知,当正向电压大于0.4V时,二极管正向导通,当反向电压超过40V时,二极管会被击穿,故:当该二极管两端的正向电压为0.2V时,二极管处于截止状态,故A错误;当该二极管两端的正向电压为0.8V时,二极管处于导通状态,故B正确;当该二极管两端的反向电压为10V时,二极管处于截止状态,故C正确;当该二极管两端的反向电压为50V时,二极管将会被击穿,故D正确.判断中错误的是A.
②由图4可知,该二极管两端的正向电压由0.5V增加到0.7V时,电流随电压增大而迅速上升,即电阻迅速减小,因此正向电压为0.5V时的电阻大于正向电压为0.7V时的电阻.
(4)将质量为20kg的重物吊起到1.8m的高度释放,则整个过程中重物的重力做功W=Gh=mgh=20kg 10N/ kg 1.8m=360J;
重物以2mm/s速度匀速竖直下降1.8m所需时间:t===900s,
“3V、10mA”LED灯正常发光的功率:P=UI=3V0.01A=0.03W;
10只“3V、10mA”LED灯900s内消耗的电能: W电=P总t=0.03W10900s=270J,
重力灯的能量转化效率为:=100=100=75%;
(5)重力灯是绿*、无污染的清洁照明工具,使用“零”成本.由以上分析可知,其缺点是:功率小;供电时间短;不能持续供电
知识点:九年级下
题型:综合题