题目内容
【题目】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，身处在发展中国家贫困地区的人们却在依靠极度危险的煤油灯进行照明。针对发展中国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。这样就能拥有绿色、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插座，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，具有单向导电性。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）重力灯是绿色、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：_______________________。
【答案】【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】
（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。
（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）重力灯是绿色、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
