Question

17．太陽能是一種清潔、“綠色”能源，在有光照時，可以將光能轉(zhuǎn)化為電能，在沒有光照時，可以視為一個電學(xué)器件．某實(shí)驗(yàn)小組決定探究一個太陽能電池在沒有光照時（沒有儲存電能）的伏安特性．所用的器材包括：太陽能電池，電源E，電流表A，電壓表V，滑動變阻器R，開關(guān)S及導(dǎo)線若干．
（1）為了達(dá)到上述目的，請將圖1連成一個完整的實(shí)驗(yàn)電路圖．
（2）該實(shí)驗(yàn)小組根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)，描點(diǎn)繪出了如圖2的I-U圖象．由圖可知，當(dāng)電壓為2.80V時，太陽能電池的電阻約為1.0×10³Ω．（保留一位有效數(shù)字）

（3）該實(shí)驗(yàn)小組在另一實(shí)驗(yàn)中用一強(qiáng)光照射太陽能電池，使該太陽能電池獲得電能，為了測出該電池此時的電動勢和內(nèi)阻，該小組同學(xué)決定先用歐姆表進(jìn)行粗測，再設(shè)計合理的電路圖．你認(rèn)為該小組同學(xué)的做法合理嗎？為什么？不能，因?yàn)槎嘤秒姳淼臍W姆擋自帶電源，使用時必須與外電路斷開，因此不能測電源內(nèi)阻．
（4）該實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計了如圖3所示的電路圖，調(diào)節(jié)滑動變阻器，通過測量得到該電池的U-I曲線a，再減小實(shí)驗(yàn)中光的強(qiáng)度，用一弱光重復(fù)實(shí)驗(yàn)，測得U-I曲線b，見圖4．當(dāng)滑動變阻器的電阻為某值時，若曲線a的路端電壓為1.5V．則滑動變阻器的測量電阻為7.1×10³Ω，
曲線b外電路消耗的電功率為5.9×10^-5W（計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理可明確對應(yīng)的電路圖；
（2）根據(jù)圖象可明確對應(yīng)的電流，再由歐姆定律可求得電阻；
（3）多用電表內(nèi)部有電源，不能直接測量路端電壓；
（4）根據(jù)題意作出對應(yīng)的圖象，圖象與b的交點(diǎn)為工作點(diǎn)，根據(jù)歐姆定律和功率公式可求得電阻和功率．

解答 解：（1）根據(jù)題意可知，本實(shí)驗(yàn)應(yīng)采用滑動變阻器分壓接法，實(shí)驗(yàn)電路如圖所示；
（2）
（2）由圖2所示圖象可知，當(dāng)電壓小于2.00V時，電路電流很小，幾乎為零，由歐姆定律可知，太陽能電池的電阻很大；由圖2所示圖象可知，當(dāng)電壓為2.80V時，電流I=2.8mA，則太陽能電池的電阻R=$\frac{2.80}{2.8×1{0}^{-3}}$=1.0×10³Ω．
（3）不能，因?yàn)槎嘤秒姳淼臍W姆擋自帶電源，使用時必須與外電路斷開，因此不能測電源內(nèi)阻．
（4）由圖4所示曲線可知，路端電壓為U₁=1.5V時電路中電流為I₁=210μA，即為強(qiáng)光照射時的工作點(diǎn)，連接該點(diǎn)和坐標(biāo)原點(diǎn)，如圖所示，此直線為此時對應(yīng)的外電路電阻的U-I圖線：則可知電阻R=$\frac{1.5}{210×1{0}^{-6}}$=7.1×10³Ω；曲線b中電壓為0.6V，電流為98μA；故對應(yīng)的功率P=UI=0.6×98×10^-6=5.9×10^-5W；
故答案為：（1）如圖所示；（2）1.0×10³Ω； （3）不能，因?yàn)槎嘤秒姳淼臍W姆擋自帶電源，使用時必須與外電路斷開，因此不能測電源內(nèi)阻；（4）7.1×10³；5.9×10^-5

點(diǎn)評 本題考查描繪燈泡的伏安特性曲線實(shí)驗(yàn)；本題注重物理思想和實(shí)驗(yàn)方法的考查，題中第2問體現(xiàn)合理近似的物理學(xué)思想；第3問引導(dǎo)學(xué)生在演示實(shí)驗(yàn)中探究物理現(xiàn)象；第4問考查考生對實(shí)驗(yàn)技能、數(shù)據(jù)分析和處理能力．旨在考查學(xué)生突出方法，重在探究之意．