Question

3．2013年12月14日 晚上9点14分左右嫦娥三号月球探测器平稳降落在月球虹湾，并在4分钟后展开太阳能电池帆板，如图1．这是中国航天器第一次在地外天体成功软着陆，中国成为继美国、前苏联之后第三个实现月面软着陆的国家．太阳能电池在有光照时，可以将光能转化为电能，在没有光照时，可以视为一个电学器件．某实验小组用测绘小灯泡伏安特性曲线的实验方法，探究一个太阳能电池在没有光照时（没有储存电能）的I-U特性．所用的器材包括：太阳能电池，电源E，电流表A，电压表V，滑动变阻器R，开关S及导线若干．

（1）为了达到上述目的，应选用图2中的哪个电路图甲（填“甲”或“乙”）；
（2）该实验小组根据实验得到的数据，描点绘出了如图3的I-U图象．由图可知，当电压小于2.00V时，太阳能电池的电阻很大（填“很大”或“很小”）；当电压为2.80V时，太阳能电池的电阻约为1×10³Ω．（保留一位有效数字）
（3）该实验小组在另一实验中先用一强光照射太阳能电池，并用如图4电路调节滑动变阻器，通过测量得到该电池的U-I曲线a．再减小实验中光的强度，用一弱光重复实验，测得U-I曲线b，如图5．当滑动变阻器的电阻为某值时，若曲线a的路端电压为1.5V．则滑动变阻器的测量电阻为7.1×10³Ω，曲线b上求外电路消耗的电功率为6.8×10^-5W（计算结果保留两位有效数字）．

Answer 1

分析 （1）描绘伏安特性曲线电压与电流应从零开始变化，滑动变阻器应采用分压接法，据此选择实验电路．
（2）根据图2所示图象应用欧姆定律分析答题．
（3）由图象求出电压与对应的电流，然后由欧姆定律求出电阻阻值，由P=UI求出功率．

解答 解：（1）描绘伏安特性曲线电压与电流应从零开始变化，滑动变阻器应采用分压接法，由图1所示可知，应选择图甲所示电路进行实验．
（2）由图2所示图象可知，当电压小于2.00V时，电路电流很小，几乎为零，由欧姆定律可知，太阳能电池的电阻很大；
由图2所示图象可知，当电压为2.80V时，电流I=2.8mA，则太阳能电池的电阻R=$\frac{U}{I}$=$\frac{2.8}{0.0028}$=1.0×10³Ω．
（3）由图4所示曲线a可知，路端电压为U₁=1.5V时电路中电流为I₁=210μA，即为强光照射时的工作点，
连接该点和坐标原点，如图所示，此直线为此时对应的外电路电阻的U-I图线，

滑动变阻器的测量电阻为R=$\frac{{U}_{1}}{{I}_{1}}$=$\frac{1.5}{210×1{0}^{-6}}$≈7.1×10³Ω．
此图线和图线b的交点为弱光照射时的工作点，如图所示．
电流和电压分别为I=97μA、U=0.7V，则外电路消耗功率为P=UI=0.7×97×10^-6≈6.8×10^-5W．
故答案为：（1）甲；（2）很大；1.0×10³；（3）7.1×10³；6.8×10^-5．

点评 本题考查测定电动势和内电阻的数据处理，本题考查了实验电路的选择、实验数据处理，当电压与电流从零开始变化时，滑动变阻器应采用分压接法；要掌握应用图象法处理实验数据的方法．