Question

9．2013年12月14日晚上9點14分，“嫦娥三號”月球探測器平穩(wěn)降落在月球虹灣，在4分鐘后展開太陽能電池帆板如圖甲所示，左、右兩側是太陽能板陣，太陽能電池在有光照時，可以將光能轉化為電能，在沒有光照時，可以視為一個電學器件．某實驗小組想用實驗探究太陽能電池板的特性，包括其電動勢隨光照的變化、內阻、伏安特性曲線等，所用的器材包括：待測太陽能電池，電源E，電流表A，電壓表V，滑動變阻器等．

（1）實驗小組首先在沒有光照（沒有儲存電能）的情況下根據實驗得到的數據，描點繪出了如圖乙所示的I-U圖象，由圖乙可知電流I和電壓U之間是非線性（填“線性”或“非線性”）關系．
（2）由圖乙可知，當電壓小于2.00V時，太陽能電池的電阻很大（填“很大”或“很小”）；當電壓為2.90V時，太陽能電池的電阻約為6×10²Ω（保留一位有效數字）．
（3）該實驗小組在另一實驗中先用一強光照射太陽能電池，并用理想電流表（量程為300μA）和理想電壓表（量程為3V）測量電池的電動勢，請幫他們設計合適的電路圖，填入圖丁虛線框內．
（4）調節(jié)滑動變阻器，通過測量得到該電池的U-I曲線，如圖丙中曲線α，則由圖可知此時電池的電動勢為2.7V（結果保留兩位有效數字）．
（5）再減小實驗（3）中光的強度，用一弱光重復實驗，則由該電池的U-I曲線，如圖丙中曲線b，則由圖中可知，當路端電壓為2V時，接入電路的滑動變阻器的電阻為4.0×10⁴Ω（計算結果保留兩位有效數字）．

Answer 1

分析 （1）根據圖象可明確是否為線性元件；
（2）根據圖2所示圖象應用歐姆定律分析答題．
（3）由給出的儀表可以得出對應的電路，由于均為理想電表，故電表不分壓；
（4）由圖象與縱軸的交點可以得出對應的電動勢；
（5）由圖象可求出2V電壓下的電流，由歐姆定律可求得電阻．

解答 解：（1）由圖象可知，I-U圖象不是直線，故為非線性關系；
（2）解由圖2所示圖象可知，當電壓小于2.00V時，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，當電壓為2.90V時，電流I=4.8mA，則太陽能電池的電阻R=$\frac{U}{I}$=$\frac{2.90}{4.8}$×10³=6×10²Ω．
（3）要測量電源的電動勢和內電阻，由于是理想電表，故可以采用如圖所示的兩種電路；

（4）圖象與縱坐標的交點為電源的電動勢，由圖a可知，電源的電動勢約為2.7V；
（5）由圖中b所示曲線可知，路端電壓為U₁=2V時電路中電流為I₁=0.5μA，接入電路的滑動變阻器的電阻R=$\frac{2}{0.5×1{0}^{-6}}$=4.0×10⁴Ω；
故答案為：（1）非線性；（2）很大；（3）如圖所示；（4）2.7；（5）4.0×10⁴

點評 本題考查測量電動勢和內電阻的實驗，要注意實驗電路的選擇、實驗數據處理，當同時還要掌握應用圖象法處理實驗數據的方法．