题目内容

14．太阳能是一种清洁、“绿色”能源，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．某实验小组决定探究一个太阳能电池在没有光照时（没有储存电能）的伏安特性．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，请将图1连成一个完整的实验电路图．
（2）该实验小组根据实验得到的数据，描点绘出了如图2的I-U图象．由图可知，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用一强光照射太阳能电池，使该太阳能电池获得电能，为了测出该电池此时的电动势和内阻，该小组同学决定先用欧姆表进行粗测，再设计合理的电路图．你认为该小组同学的做法合理吗？为什么？不能，因为多用电表的欧姆挡自带电源，使用时必须与外电路断开，因此不能测电源内阻．
（4）该实验小组设计了如图3所示的电路图，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，见图4．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）．

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，连接电路；
（2）根据图2所示图象应用欧姆定律分析答题；
（3）多用电表的欧姆挡自带电源，使用时必须与外电路断开；
（4）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）根据测绘小灯泡伏安特性曲线，电压和电流需从零开始测起，滑动变阻器采用分压式接法，电路连接如图．
（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=1×103Ω．
（3）不能，因为多用电表的欧姆挡自带电源，使用时必须与外电路断开，因此不能测电源内阻．
（4）由图4所示曲线可知，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）如图所示；（2）1×103；（3）不能，因为多用电表的欧姆挡自带电源，使用时必须与外电路断开，因此不能测电源内阻；（4）7.1×103；6.8×10-5

点评 试题注重物理思想和实验方法的考查，题中第2问体现合理近似的物理学思想；第3问引导学生在演示实验中探究物理现象，第4问考查考生对实验技能、数据分析和处理能力．旨在考查学生突出方法，重在探究之意．

练习册系列答案
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4．如图所示，虚线a、b、c代表电场中一簇等势线，相邻等势面之间的电势差相等，实线为一带电质点（重力不计）仅在电场力作用下通过该区域时的运动轨迹，P、Q是这条轨迹上的两点，据此可知（　　）
A．a、b、c三个等势面中，a的电势最高
B．电场中Q点处的电场强度大小比P点处大
C．该带电质点在P点处受到的电场力比在Q点处大
D．该带电质点在P点具有的电势能比在Q点具有的电势能大
5．如图所示，半圆槽光滑、绝缘、固定，圆心是O，最低点是P，直径MN水平，a、b是两个完全相同的带正电小球（视为点电荷），b固定在M点，a从N点静止释放，沿半圆槽运动经过P点到达某点Q（图中未画出）时速度为零．则小球a（　　）
A．从N到Q的过程中，重力与库仑力的合力先增大后减小
B．从N到P的过程中，速率先增大后减小
C．从N到Q的过程中，电势能先增加后减小
D．从P到Q的过程中，动能减少量小于电势能增加量
2．某实验小组为了研究小灯泡的伏安特性曲线，先按照图甲所示的电路图，规范操作，准确测量，得到一系列数据，如图乙中的散点K1．

同学们对实验进行了下述改进．
如图丙所示，将小灯泡L的玻璃罩敲碎，灯丝保存完好，仍然安放在灯座上，取一个大小合适的玻璃杯，将灯座倒扣在杯沿上，在玻璃杯里慢慢加水，使得突出的灯丝刚好完全没入水中，电路的其余部分均不接触水，再将该灯座依然接入图甲中L处，这样接通电路以后，灯丝不至于热到发光，温度可以基本控制在100°C．规范操作，准确测量，得到一组数据，如图丁中的一组散点K2．已知水的电阻远大于小灯泡灯丝的电阻．

（1）请在答卷的对应图上描绘小灯泡的伏安特性曲线K1；曲线K1表明，随着电压升高，小灯泡的电阻越来越大（越来越小、基本不变或越来越大）．
（2）请在答卷的对应图上描绘小灯泡的伏安特性曲线K2；曲线K2表明，随着电压升高，小灯泡的电阻基本不变（越来越小、基本不变或越来越大）．
（3）对比两次实验表明，在同样的电压值下，曲线K1的电流值基本都远远小于曲线K2的电流值，其原因是K1中的温度高于了K2中的温度．
（4）由实验结果可知，小灯泡是线性元件（选填“线性元件”或“非线性元件”）．
9．夜间由于光线较暗，骑自行车不太安全，某同学设计了一种自行车照明装置，为自行车车头灯供电的小型发电机的机构示意图如图甲所示．矩形线圈abcd固定在圆柱形铁芯上，过ad，bc边中点、平行于ab，cd的轴OO′固定在铁芯上，轴的另一端有一半径为r0的摩擦小轮，小轮与自行车车轮的边缘相接触，当车轮转动时，因摩擦而带动小轮转动，从而使线圈在磁极间转动，如图乙所示．在磁极与圆柱形铁芯之间形成辐射状的磁场，ab，cd边经过处的磁感应强度均为B，方向始终与两条边的运动方向垂直，俯视图如图丙所示．设线圈的匝数为N，ab=L1，bc=L2，自行车前后轮的半径为R1，大齿轮的齿数为n1，小齿轮的齿数为n2．车头灯的电阻为R，线圈总电阻为r．该同学以每秒n转的速度踏动自行车踏板，自行车从静止开始经很短的时间就达到了稳定速度．自行车与地面，摩擦小轮与后轮之间没有相对滑动．

（1）求稳定后，摩擦小轮的角速度ω0
（2）稳定后车灯回路的电动势E
（3）若线圈逆时针转动（俯视），画出（从图示位置开始计时）流过车灯的电流随时间变化的图象，规定a→b→c→d→R→a为电流的正方向（要有必要的公式说明）
19．在一定温度下，当一定量气体的体积增大时，气体的压强减小，这是由于（　　）
A．单位体积内的分子数变少，单位时间内对单位面积器壁碰撞的次数减少
B．气体分子的密集程度变小，分子对器壁的吸引力变小
C．每个分子对器壁的平均撞击力都变小
D．气体分子的密集程度变小，分子的运动变慢
6．下列论述正确的是（　　）
A．根据麦克斯韦电磁场理论，变化的磁场一定产生变化的电场．
B．光的双缝干涉实验中，若仅将入射光从红光改为紫光，则相邻亮条纹间距一定变大．
C．一切物体都在不停地发射红外线，物体温度越高，辐射的红外线越强．
D．根据爱因斯坦相对论理论，光源与观察者相互靠近时，观察者观察到的光速比二者相互远离时观察到的光速大．
3．当α粒子穿过金箔发生大角度偏转的过程中，下列说法正确的是（　　）
A．α粒子先受到原子核的斥力作用，后受原子核的引力的作用
B．α粒子一直受到原子核的斥力作用
C．α粒子先受到原子核的引力作用，后受到原子核的斥力作用
D．α粒子一直受到库仑斥力，速度一直减小
12．如图甲所示，为离子扩束装置的示意图，该装置由加速电场、偏转电场和偏转磁场组成．其中偏转电场的两极板由相距为d=0.12m，板长为L1=0.12m两块水平平行放置的导体板组成．一群带负电的相同离子（质量为m=6.4×10-27kg；电荷量为g=3.2×10-19C；其重力不计）由静止开始，经加速电场加速后，连续不断地沿平行于导体板的方向从两板正中央射入偏转电场．当偏转电场的两极板不加电压时，离子通过两板之间的时间为3×10-7s；当偏转电场的两极板间加如图乙所示的电压时，所有离子均能从两板间通过，然后进入水平宽度L2=0.16m、竖直长度足够大、方向垂直纸面向里的匀强磁场中，磁场右边界为竖直放置的荧光屏（不考虑离子间相互作用）．求：

（1）加速电场的电压U0；
（2）离子射出偏转电场的最大侧移量ym；
（3）当磁感应强度大小取何值时，离子能打到荧光屏的位置最低，并求出最低位置离中心点O的距离．

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