Question

14．硅光電池是一種可將光能轉(zhuǎn)化為電能的元件．某同學(xué)利用如圖a所示電路探究某硅光電池的路端電壓U與電流I的關(guān)系．圖中R₀=2Ω，電壓表、電流表均可視為理想電表．
①用“筆畫線”代替導(dǎo)線，將圖b中的器材按圖a所示電路連接起來．
②實(shí)驗(yàn)一：
用一定強(qiáng)度的光照射硅光電池，閉合電鍵S，調(diào)節(jié)可調(diào)電阻的阻值，通過測量得到該電池的U-I曲線a（見圖c）．則由圖象可知，當(dāng)電流小于200mA時(shí)，該硅光電池的電動(dòng)勢為2.9 V，內(nèi)阻為4Ω．
③實(shí)驗(yàn)二：
減小光照強(qiáng)度，重復(fù)實(shí)驗(yàn)，通過測量得到該電池的U-I曲線b（見圖c）．在做實(shí)驗(yàn)一時(shí)，調(diào)整R的阻值使電壓表的讀數(shù)為1.5V；保持R的阻值不變，在實(shí)驗(yàn)二的光照強(qiáng)度下，可調(diào)電阻R的電功率為27 mW（保留兩位有效數(shù)字）．

Answer 1

分析 ①根據(jù)原理圖可以畫出實(shí)物圖，注意正負(fù)極不要連反了．
②電源的U-I圖象的斜率表示其內(nèi)阻，根據(jù)斜率的變化可以知道內(nèi)阻的變化情況，圖象與縱軸交點(diǎn)表示電動(dòng)勢，與橫軸交點(diǎn)表示短路電流．
③由圖象b找到路端電壓為1.5V的電路電流，由歐姆定律及串聯(lián)電路特點(diǎn)求出可調(diào)電阻阻值，然后由P=I²R求出可調(diào)電阻消耗的電功率．

解答 解：（1）分析圖甲所示實(shí)驗(yàn)原理圖，根據(jù)原理圖連接實(shí)物電路圖，如圖所示．

（2）在硅光電池的U-I圖象，當(dāng)I=0，U=E，圖線斜率的絕對(duì)值表示內(nèi)阻．由圖線a可知E=2.90V，當(dāng)電流小于200mA的情況下，此電池的內(nèi)阻r=4.0Ω．
（3）實(shí)驗(yàn)一中的路端電壓為U₁=1.5V時(shí)電路中電流為I₁=0.25mA，連接a中點(diǎn)（0.25mA、1.5V）和坐標(biāo)原點(diǎn)，此直線為此時(shí)對(duì)應(yīng)滑動(dòng)變阻器阻值的外電路電阻（定值電阻）的U-I圖，和圖線b的交點(diǎn)為實(shí)驗(yàn)二中的路端電壓和電路電流，如圖，

電流和電壓分別為I=80mA、U=0.5V，則
變阻器R消耗的功率為P=（U-IR₀）I=27 mW．
故答案為：①實(shí)物連接圖如圖所示；②2.9；4；③27．

點(diǎn)評(píng) 本題為探究性實(shí)驗(yàn)，難點(diǎn)在第三問中，要注意通過讀題找出兩次實(shí)驗(yàn)中的關(guān)系，從而找出正確的方法；注意由于不符合線性關(guān)系，不能用歐姆定律求解．