Question

10．2013年12月14日 晚上9點(diǎn)14分左右嫦娥三號(hào)月球探測(cè)器平穩(wěn)降落在月球虹灣，并在4分鐘后展開太陽能電池帆板．這是中國航天器第一次在地外天體成功軟著陸，中國成為繼美國、前蘇聯(lián)之后第三個(gè)實(shí)現(xiàn)月面軟著陸的國家．太陽能電池在有光照時(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)小組用測(cè)繪小燈泡伏安特性曲線的實(shí)驗(yàn)方法，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I-U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，應(yīng)選用圖1中的哪個(gè)電路圖甲（填“甲”或“乙”）；
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)電壓小于2.00V時(shí)，太陽能電池的電阻很大 （填“很大”或“很小”）；當(dāng)電壓為2.70V時(shí)，太陽能電池的電阻約為1.4×10³Ω．（保留2位有效數(shù)字）
③該實(shí)驗(yàn)小組在另一實(shí)驗(yàn)中先用一強(qiáng)光照射太陽能電池，并用如圖3電路調(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)，曲線a的路端電壓為1.5V，則此時(shí)滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻為7.1×10³Ω，在曲線b中此電阻消耗的電功率為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，據(jù)此選擇實(shí)驗(yàn)電路．
（2）根據(jù)圖2所示圖象應(yīng)用歐姆定律分析答題．
（3）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）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，由圖1所示可知，應(yīng)選擇圖甲所示電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．
（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2.70V時(shí)，電流I=2mA，則太陽能電池的電阻R=$\frac{U}{I}$=$\frac{2.7}{0.002}$=1.4×10³Ω．
（3）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=$\frac{{\;U}_{1}}{{I}_{1}}$=$\frac{1.5}{210{×10}^{-6}}$≈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）甲；（2）很大；1.4×10³；（3）7.1×10³；6.8×10^-5

點(diǎn)評(píng) 本題考查了實(shí)驗(yàn)電路的選擇、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理，當(dāng)電壓與電流從零開始變化時(shí)，滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓接法；要掌握應(yīng)用圖象法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的方法．