閲讀短文,回答問題: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,身處在發展*...
問題詳情:
閲讀短文,回答問題:
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,身處在發展*家貧困地區的人們卻在依靠極度危險的煤油燈進行照明.針對發展*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·裏弗斯發明了一款實用的“重力燈”(GravityLight).顧名思義,它靠重力發電.在燈身上掛着的一個重物,重物下落時,它會拉動燈中心的一根繩子,從而啟動一台發電機.發電機把下落重物產生的能量為燈供電.這和手搖式發電裝置的原理一樣,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世紀最偉大的發明.
現在,重力燈迎來了第二代-----“重力LED燈GL02”,其亮度相當於一個12瓦的日光燈(如圖1),使用壽命可以達到200年.“重力LED燈GL02” 掛於大約2米高,通過拉幾下珠繩把重物吊起,鬆開後,重物因重力的關係會慢慢下降(每秒大約2mm,如圖2).以一系列的齒輪帶動一個直流發電機,發電時間約為20分鐘.“重力LED燈GL02”採用了全新的保護機制,可以確保超重的物體安全地着陸地面.當沙包落到地面時,只要將沙包再提高至原來位置,又可以繼續發電.這樣就能擁有綠*、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*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燈的照明時間取決於安裝的高度,正常情況下,安置於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,通過向下拉珠繩把重物吊起.重力燈利用滑輪系統的目的是___________________________________ .
(3)LED燈是由發光二極管組成,電光轉換效率極高,具有單向導電*.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,當正向電壓大於某個值以後,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範圍時,通過二極管的電流幾乎為零,二極管處於截止狀態.外加反向電壓超過某一數值時,反向電流會突然增大,這種現象稱為電擊穿.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,二極管處於導通狀態
B.當該二極管兩端的正向電壓為0.8V時,二極管處於導通狀態
C.當該二極管兩端的反向電壓為10V時,二極管處於截止狀態
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“大於”“等於”“小於”)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只並聯的標有“3V、10mA”LED燈正常發光.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*、無污染的清潔照明工具,使用“零”成本.但它也有不足之處,請説出使用重力燈的一點不足: _______________________.
【回答】
【答題空1】電磁感應 機械 電 光 省力、改變施力的方向 A 大於 360 75% 功率小;供電時間短;不能持續供電
【解析】
【分析】
(1)發電機的工作原理是電磁感應;分析可知重力燈工作過程中主要的能量轉化;
(2)重力燈利用滑輪系統既省力又能改變施力的方向;
(3)①對照圖像判斷各選項;②分析可知,該二極管兩端的正向電壓由0.5V增加到0.7V時,電流隨電壓增大而迅速上升,即電阻迅速減小;
(4)由W=Gh=mgh求出重力做的功,由P=UI求出一隻燈的功率,重物以2mm/s速度勻速豎直下降1.8m所需時間即燈的工作時間,由W電=P總t求出燈內消耗的電能,再由=求重力燈的能量轉化效率;
(5)分析知重力燈的不足:功率小;供電時間短;不能持續供電.
【詳解】
(1)重力燈的主要構件是直流發電機,它的工作原理是電磁感應.重力燈工作時,重物下落,啟動一台發電機,消耗機械能,得到電能,燈發光,將電能轉化為光能,故重力燈工作過程中主要的能量轉化形式是:將機械能轉化成電能再轉化成光能.
(2)由圖可知,重力燈的內部結構使用了滑輪系統,其目的是省力、改變施力的方向.
(3)①由圖4可知,當正向電壓大於0.4V時,二極管正向導通,當反向電壓超過40V時,二極管會被擊穿,故:當該二極管兩端的正向電壓為0.2V時,二極管處於截止狀態,故A錯誤;當該二極管兩端的正向電壓為0.8V時,二極管處於導通狀態,故B正確;當該二極管兩端的反向電壓為10V時,二極管處於截止狀態,故C正確;當該二極管兩端的反向電壓為50V時,二極管將會被擊穿,故D正確.判斷中錯誤的是A.
②由圖4可知,該二極管兩端的正向電壓由0.5V增加到0.7V時,電流隨電壓增大而迅速上升,即電阻迅速減小,因此正向電壓為0.5V時的電阻大於正向電壓為0.7V時的電阻.
(4)將質量為20kg的重物吊起到1.8m的高度釋放,則整個過程中重物的重力做功W=Gh=mgh=20kg 10N/ kg 1.8m=360J;
重物以2mm/s速度勻速豎直下降1.8m所需時間:t===900s,
“3V、10mA”LED燈正常發光的功率:P=UI=3V0.01A=0.03W;
10只“3V、10mA”LED燈900s內消耗的電能: W電=P總t=0.03W10900s=270J,
重力燈的能量轉化效率為:=100=100=75%;
(5)重力燈是綠*、無污染的清潔照明工具,使用“零”成本.由以上分析可知,其缺點是:功率小;供電時間短;不能持續供電
知識點:九年級下
題型:綜合題