Question

硅光電池是一種可將光能轉(zhuǎn)換為電能的器件．某同學(xué)用題圖1所示電路探究硅光電池的路端電壓U與總電流I的關(guān)系．圖中R為已知定值電阻，電壓表視為理想電壓表．
（1）請根據(jù)題圖1，用筆畫線代替導(dǎo)線將題圖2中的實(shí)驗(yàn)器材連接成實(shí)驗(yàn)電路．

（2）實(shí)驗(yàn)一：用一定強(qiáng)度的光照射硅光電池，調(diào)節(jié)滑動變阻器，通過測量得到該電池的U-I曲線a．見題圖3，由此可知電池內(nèi)阻     （填“是”或“不是”）常數(shù)，電動勢為    V．
（3）實(shí)驗(yàn)二：減小實(shí)驗(yàn)一中光的強(qiáng)度，重復(fù)實(shí)驗(yàn)，測得U-I曲線b，見圖3．當(dāng)滑動變阻器的電阻為某值時(shí)，若實(shí)驗(yàn)一中的路端電壓為1.5V．保持滑動變阻器阻值不變，則實(shí)驗(yàn)二中外電路此時(shí)消耗的電功率為    mW（計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）．

Answer 1

【答案】分析：（1）由電路圖可知，兩電阻串聯(lián)，V₁測電源的電壓，V測R兩端的電壓；根據(jù)電流流向法從電源的正極依次連接各電路元件，最后把兩電壓表并聯(lián)在相應(yīng)的位置即可．
（2）若r為常數(shù)則U-I圖為一條不過原點(diǎn)的直線，實(shí)驗(yàn)一中曲線a不是直線；由圖象讀出電流I=0時(shí)路端電壓即為電源電動勢E．
（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=0.21mA，連接a中點(diǎn)（0.21mA、1.5V）和坐標(biāo)原點(diǎn)，此直線為此時(shí)對應(yīng)滑動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，根據(jù)P=UI求出此時(shí)外電路消耗的電功率．
解答：解：（1）按電流流向法，從電源的正極出發(fā)，依次串聯(lián)開關(guān)、滑動變阻器、電阻R回到負(fù)極，最后把電壓表V₂并聯(lián)在R兩端，V₁并聯(lián)在滑動變阻器和R兩端即可；要注意電流從電壓表的正接線柱流入負(fù)接線柱流出，滑動變阻器按一上一下的原則串聯(lián)在電路中．如下圖所示：

（2）路端電壓U=E-Ir，若r為常數(shù)、則U-I圖為一條不過原點(diǎn)的直線，由曲線a可知電池內(nèi)阻不是常數(shù)；
由圖a可知：當(dāng)電流I=0時(shí)，路端電壓等于電源電動勢E約為2.67V．
（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=0.21mA，連接a中點(diǎn)（0.21mA、1.5V）和坐標(biāo)原點(diǎn)，

此直線為此時(shí)對應(yīng)滑動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，
由b可知：電流和電壓分別為I=97μA、U=0.7V，
則外電路消耗功率為P=UI=97×10^-3mA×0.7V≈0.07mW．
故答案為：（1）如上圖所示；（2）不是；2.67；（3）0.07．
點(diǎn)評：此實(shí)驗(yàn)中縱坐標(biāo)U與橫坐標(biāo)I有兩方面的意義：一是電池的路端電壓和電池的電流，由U=E-Ir可反映電池的特性；二是外電阻兩端的電壓和電流，由U=IR可反映電阻的特性，兩者的交點(diǎn)為電阻接在電池兩端時(shí)的工作點(diǎn)．