Question

【題目】閱讀短文，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，身處在發展中國家貧困地區的人們卻在依靠極度危險的煤油燈進行照明。針對發展中國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·里弗斯發明了一款實用的“重力燈”（GravityLight）。顧名思義，它靠重力發電。在燈身上掛著的一個重物，重物下落時，它會拉動燈中心的一根繩子，從而啟動一臺發電機。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”，其亮度相當于一個12瓦的日光燈（如圖甲），使用壽命可以達到200年。“重力LED燈GL02”掛于大約2米高，通過拉幾下珠繩把重物吊起，松開后，重物因重力的關系會慢慢下降（每秒大約2mm，如圖乙）。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”采用了全新的保護機制，可以確保超重的物體安全地著陸地面。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。這樣就能擁有綠色、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插座，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，當然你安裝高度的越高，維持時間越長。

（1）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丙所示，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，具有單向導電性。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，當正向電壓大于某個值以后，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范圍時，通過二極管的電流幾乎為零，二極管處于截止狀態。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。如圖丁所示，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，二極管處于導通狀態

B．當該二極管兩端的正向電壓為0.8V時，二極管處于導通狀態

C．當該二極管兩端的反向電壓為10V時，二極管處于截止狀態

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“大于”“等于”“小于”）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只并聯的標有“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）重力燈是綠色、無污染的清潔照明工具，使用“零”成本。但它也有不足之處，請說出使用重力燈的一點不足：_____。

Answer 1

【答案】機械 電 光 省力、改變施力的方向 A 大于 360 75% 功率小；供電時間短；不能持續供電

【解析】

(1)[1][2][3]重力燈工作過程中主要的能量轉化形式是燈的機械能轉化為電能，電能又轉化為光能；

(2)[4]定滑輪可以改變力的方向，動滑輪可以省力，重力燈利用滑輪系統的目的是省力并且改變施力的方向；

(3)[5] A．從圖丁可以看出，當該二極管兩端的正向電壓為0.2V時，電流為0，此時二極管沒有導通，選項A符合題意；

B．當該二極管兩端的正向電壓為0.8V時，它的電流已經變得很大，二極管處于導通狀態，B項不合題意；

C．當該二極管兩端的反向電壓為10V時，電流為0，此時二極管處于截止狀態，C項不合題意；

D．當該二極管兩端的反向電壓為50V時，反向電流突然增大，二極管被擊穿，D項不合題意；

[6]從丁圖可以看出，正向電壓為0.5V時的斜率小于0.7V時的斜率，這個斜率大小的倒數等于二極管的電阻大小，也就是0.5V時的電阻大于0.7V時的電阻；

(4)[7]整個過程中重物的重力做功

[8]整個過程重物下降所消耗的時間為

整個過程消耗的電能就是有用功

重力燈的能量轉化效率

(5)[9]由“3V、10mA”LED燈可知燈的功率

這種功率很低；并且由上述可知，供電時間為900s，即15min而已，時間短，并且不能持續供電。