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)利用圖（甲）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．圖中定值電阻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，根據(jù)電路圖，將圖（乙）中的實(shí)物電路補(bǔ)充完整．
（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R的阻值，通過測量得到該電池的U-I曲線a（見圖丙）．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2.9V，內(nèi)阻為4.0Ω．
（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（見圖丙）．當(dāng)可調(diào)電阻R的阻值調(diào)到某值時(shí)，若該電路的路端電壓為1.5V，由曲線b可知，此時(shí)可調(diào)電阻R的電功率約為0.083W（結(jié)果保留兩位有效數(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，圖線斜率的絕對值表示內(nèi)阻．由圖線a可知E=2.9V，當(dāng)電流小于200mA的情況下，此電池的內(nèi)阻r=4.0Ω．
③由圖線b可知，在實(shí)驗(yàn)二中當(dāng)路端電壓為1.5V時(shí)，電路電流
I=60mA=0.06A，由歐姆定律可知，此時(shí)外電阻R_外=$\frac{{U}_{外}}{I}$=$\frac{1.5V}{0.06A}$=25Ω，可調(diào)電阻阻值R=R_外-R₀=25Ω-2Ω=23Ω，
可調(diào)電阻消耗的電功率P=I²R=（0.06A）²×23Ω=0.083W．
故答案為：①實(shí)物連接圖如圖所示；②2.9；4.0；③0.083．

點(diǎn)評 本題主要考查了在實(shí)驗(yàn)中如何利用圖線進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，在測電源電動(dòng)勢和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)中，明確電源U-I圖象和電阻U-I圖象的含義和區(qū)別．