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：_______________________。

（1）实验前在检查仪器时，发现电流表指针如图B所示，则接下来的操作是___________．

（2）请你在图A中补上两根导线，将电路连接完整．

（3）正确连接电路后闭合开关，改变滑动变阻器的阻值，多次测量，小明画出了小灯泡中电流随其两端电压变化的关系图像（如图C），则小灯泡的额定功率为___________W．在多次测量中，小明还发现：当电压表的示数增大时，电压表与电流表的示数之比___________．（选填“变大”、“变小”或“不变”）．

（4）小明发现用久了的灯泡在额定电压下工作时，灯泡亮度明显偏暗，灯泡亮度偏暗的原因是灯丝发光时发生___________（选填物态变化名称）而变细，消耗的实际功率变小的缘故．

（5）灯泡的功率测量完毕，小明用5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、25Ω的定值电阻更换电路中的灯泡，探究电流跟电阻的关系，得出五组数据，描点作图得到如图D所示的电流I随电阻R变化的图像，则小明应选用滑动变阻器___________（选填“R1”、“R2”或“R3”）．在第三次实验中定值电阻和滑动变阻器消耗的电功率之比为___________．

（1）图（a）中的AB段反映了运动物体在做______________运动，表中x处的值约为________m．接下来，该同学将不同数量（1只、2只、3只、4只、5只）的“小纸杯”先后叠放在一起从空中释放，并分别测出它们的速度一时间图线，如图（b）中图线1、2、3、4、5所示，则

（2）观察图（b）中单个纸杯的速度一时间图线1可知，小纸杯在直线下落的开始阶段，其运动速度的变化具有_________的特点，小纸杯最后做匀速直线运动，此时，它所受空气的阻力________自身重力（选填“大于”、“小于”或“等于”）．

（3）单个纸杯和5只叠放纸杯比较，在它们各自到达匀速运动时所受的空气阻力之比为f1：f5＝_______；再结合图（b）中的图线1和图线5可知，物体运动时遇到的阻力确实随着速度的增加而增大，但不成正比例关系，理由是

（1）请将小刚同学方案中的空缺部分填写完整______，_______．

（2）找出小刚方案中的不足之处：______．

（3）两种方案对比（小刚方案中的不足之处已得到修正），你认为______方案更好一些．你的理由是______

（1）豆浆机正常工作，打浆时的工作电流；

（2）豆浆机加热电阻的阻值；

（3）豆浆机正常工作做一次豆浆，总共消耗的电能；

（4）一天晚上做豆浆时，小明对豆浆机的实际加热电功率产生了怀疑，经测算此时豆浆机两端实际电压只有198V,请你帮助他计算豆浆机的实际加热电功率，并分析产生这种情况的可能原因．

（1）货车空载时，对地面的压强；

（2）货车空载行驶时所受的阻力大小；

（3）货车以36km/h的速度空载匀速行驶时，10s内货车牵引力做的功；

（4）货车以90kW的功率、90km/h的速度匀速行驶时，求货车最多可装载多重的货物。

（____）

［c水=4.2×103J/（kg·℃）、q无烟煤=3×107J/kg］

（1）α＞0的材料，随温度升高，材料的电阻将________；

（2）在上述R﹣T图象中，其中_______表示金属电阻随温度变化的规律．

（3）在上述材料中，最适合做定值电阻的材料是________．

（4）有一根铜导线，在0℃时的电阻为2 Ω，则在100℃时的电阻大约为______Ω．