Question

9．2013年12月14日晚上9点14分，“嫦娥三号”月球探测器平稳降落在月球虹湾，在4分钟后展开太阳能电池帆板如图甲所示，左、右两侧是太阳能板阵，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．某实验小组想用实验探究太阳能电池板的特性，包括其电动势随光照的变化、内阻、伏安特性曲线等，所用的器材包括：待测太阳能电池，电源E，电流表A，电压表V，滑动变阻器等．

（1）实验小组首先在没有光照（没有储存电能）的情况下根据实验得到的数据，描点绘出了如图乙所示的I-U图象，由图乙可知电流I和电压U之间是非线性（填“线性”或“非线性”）关系．
（2）由图乙可知，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2.90V时，太阳能电池的电阻约为6×10²Ω（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，并用理想电流表（量程为300μA）和理想电压表（量程为3V）测量电池的电动势，请帮他们设计合适的电路图，填入图丁虚线框内．
（4）调节滑动变阻器，通过测量得到该电池的U-I曲线，如图丙中曲线α，则由图可知此时电池的电动势为2.7V（结果保留两位有效数字）．
（5）再减小实验（3）中光的强度，用一弱光重复实验，则由该电池的U-I曲线，如图丙中曲线b，则由图中可知，当路端电压为2V时，接入电路的滑动变阻器的电阻为4.0×10⁴Ω（计算结果保留两位有效数字）．

Answer 1

分析 （1）根据图象可明确是否为线性元件；
（2）根据图2所示图象应用欧姆定律分析答题．
（3）由给出的仪表可以得出对应的电路，由于均为理想电表，故电表不分压；
（4）由图象与纵轴的交点可以得出对应的电动势；
（5）由图象可求出2V电压下的电流，由欧姆定律可求得电阻．

解答 解：（1）由图象可知，I-U图象不是直线，故为非线性关系；
（2）解由图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2.90V时，电流I=4.8mA，则太阳能电池的电阻R=$\frac{U}{I}$=$\frac{2.90}{4.8}$×10³=6×10²Ω．
（3）要测量电源的电动势和内电阻，由于是理想电表，故可以采用如图所示的两种电路；

（4）图象与纵坐标的交点为电源的电动势，由图a可知，电源的电动势约为2.7V；
（5）由图中b所示曲线可知，路端电压为U₁=2V时电路中电流为I₁=0.5μA，接入电路的滑动变阻器的电阻R=$\frac{2}{0.5×1{0}^{-6}}$=4.0×10⁴Ω；
故答案为：（1）非线性；（2）很大；（3）如图所示；（4）2.7；（5）4.0×10⁴

点评 本题考查测量电动势和内电阻的实验，要注意实验电路的选择、实验数据处理，当同时还要掌握应用图象法处理实验数据的方法．