Question

【題目】閱讀短文，回答問(wèn)題：

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，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(píng)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），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(kāi)后，重物因重力的關(guān)系會(huì)慢慢下降（每秒大約2mm，如圖）。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。“重力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(lèi)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_____。

（2）重力燈的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示，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）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_____。

（4）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：_____。

Answer 1

【答案】電磁感應(yīng) 省力、改變施力的方向 360 75% 功率小；供電時(shí)間短；不能持續(xù)供電

【解析】

（1）重力燈的主要構(gòu)件是直流發(fā)電機(jī)，它的工作原理是電磁感應(yīng)。

（2）由圖可知，重力燈的內(nèi)部結(jié)構(gòu)使用了滑輪系統(tǒng)，其目的是省力、改變施力的方向。

（3）將質(zhì)量為20 kg的重物吊起到1.8 m的高度釋放，則整個(gè)過(guò)程中重物的重力做功W=Gh=mgh=20 kg 10 N/kg 1.8 m=360 J；重物以2 mm/s速度勻速豎直下降1.8 m所需時(shí)間：t= ==900s，

“3V、10 mA”LED燈正常發(fā)光的功率：

P=UI=3V0.01A=0.03W；10只“3V、10mA”LED燈900 s內(nèi)消耗的電能：

W電=P總t=0.03W10900 s=270J，重力燈的能量轉(zhuǎn)化效率為:= 100= 100 =75％；

（4）重力燈是綠色、無(wú)污染的清潔照明工具，使用“零”成本。由以上分析可知，其缺點(diǎn)是：功率小；供電時(shí)間短；不能持續(xù)供電。