Question

14．太陽能是一種清潔、“綠色”能源，在有光照時(shí)，可以將光能轉(zhuǎn)化為電能，在沒有光照時(shí)，可以視為一個(gè)電學(xué)器件．某實(shí)驗(yàn)小組決定探究一個(gè)太陽能電池在沒有光照時(shí)（沒有儲(chǔ)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(dòng)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(qǐng)將圖1連成一個(gè)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(shí)，太陽能電池的電阻約為1×10³Ω．（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(cè)出該電池此時(shí)的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，該小組同學(xué)決定先用歐姆表進(jìn)行粗測(cè)，再設(shè)計(jì)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(shí)必須與外電路斷開，因此不能測(cè)電源內(nèi)阻．
（4）該實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)了如圖3所示的電路圖，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，通過測(cè)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(cè)得U-I曲線b，見圖4．當(dāng)滑動(dòng)變阻器的電阻為某值時(shí)，若曲線a的路端電壓為1.5V．則滑動(dòng)變阻器的測(cè)量電阻為7.1×10³Ω，
曲線b外電路消耗的電功率為6.8×10^-5W（計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）．

Answer 1

分析 （1）描繪伏安特性曲線電壓與電流應(yīng)從零開始變化，滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓接法，連接電路；
（2）根據(jù)圖2所示圖象應(yīng)用歐姆定律分析答題；
（3）多用電表的歐姆擋自帶電源，使用時(shí)必須與外電路斷開；
（4）由圖象求出電壓與對(duì)應(yīng)的電流，然后由歐姆定律求出電阻阻值，由P=UI求出功率

解答 解：（1）根據(jù)測(cè)繪小燈泡伏安特性曲線，電壓和電流需從零開始測(cè)起，滑動(dòng)變阻器采用分壓式接法，電路連接如圖．
（2）由圖2所示圖象可知，當(dāng)電壓小于2.00V時(shí)，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(shí)，電流I=2.8mA，則太陽能電池的電阻R=1×10³Ω．
（3）不能，因?yàn)槎嘤秒姳淼臍W姆擋自帶電源，使用時(shí)必須與外電路斷開，因此不能測(cè)電源內(nèi)阻．
（4）由圖4所示曲線可知，路端電壓為U₁=1.5V時(shí)電路中電流為I₁=210μA，即為強(qiáng)光照射時(shí)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(shí)對(duì)應(yīng)的外電路電阻的U-I圖線，
滑動(dòng)變阻器的測(cè)量電阻為R=$\frac{{U}_{1}}{{I}_{1}}=\frac{1.5}{210×1{0}^{-6}}$=7.1×10³Ω，
此圖線和圖線b的交點(diǎn)為弱光照射時(shí)的工作點(diǎn)，如圖所示．
電流和電壓分別為I=97μA、U=0.7V，則外電路消耗功率為P=UI=0.7×97×10^-6≈6.8×10^-5W．
故答案為：（1）如圖所示；（2）1×10³；（3）不能，因?yàn)槎嘤秒姳淼臍W姆擋自帶電源，使用時(shí)必須與外電路斷開，因此不能測(cè)電源內(nèi)阻；（4）7.1×10³；6.8×10^-5

點(diǎn)評(píng) 試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(duì)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．