Question

12．某兴趣小组的同学用一个光伏电池（俗称太阳能电池）在正常光照环境下给标有“U”的小灯泡供电，发现灯泡并不发光，检查灯泡、线路均没有故障．甲、乙同学对此现象的原因进行了猜想与分析后，均认为电池内阻可能太大．
为了验证猜想，甲同学用欧姆表直接连接在电池的两极，欧姆表的示数为L；乙同学则先将灵敏电流表（内阻可忽略）直接连接在电池的两极，测得电流为0.74mA，后将电压表（内阻约为50kΩ）单独连接电池的两极，测得电压为1.48V，再计算r=$\frac{U}{I}$=$\frac{1.48}{{0.74×{{10}^{-3}}}}$=2×10³Ω
（1）根据甲、乙两同学的测量所得数值判断，此光伏电池的内阻R_g大小应A
A．略大于2kΩ
B．等于2kΩ
C．略小于2kΩ
D．略大于30Ω．等于30Ω
E．略小于30Ω
（2）你若是兴趣小组中的一员，为测定光伏电池的电动势和内阻，在上述甲、乙两同学测量结果的基础上，请设计一个合理且具备操作性的实验电路图．提供的实验器材有：
电流表A₁（量程0.6A，内阻r₁=1Ω）
电流表A₂（量程1mA，内阻r₂=100Ω）
电阻箱R₁（0～99.99Ω）
电阻箱R₂（0～9999Ω）
导线若干、开关
请在虚线框中画出测量光伏电池的电动势和内阻的实验电路图（所选用的器材请在图中用对应的符号标出）．
（3）多次改变电阻箱的阻值R，测出相应的电流表读数I．根据实验测得的数据描点，绘出的$\frac{1}{I}$-R图象是一条直线．若直线的斜率为k，在$\frac{1}{I}$坐标轴上的截距为b，则该电源的电动势E=$\frac{1}{k}$，内阻r=$\frac{b}{k}-{r_2}$（用题中所给字母表示）．

Answer 1

分析 （1）根据测量方法可知电动势偏小，从而明确电阻的测量值偏小；
（2）分析给出的实验仪器，根据欧姆定律分析电流值，从而选择仪器并画出对应的电路图；
（3）根据闭合电路欧姆定律进行分析，明确函数关系，根据图象的性质可明确对应的电动势和内电阻．

解答 解：（1）由于用电压表直接测量时，所测得的电压值略小于电动势，因此由该值计算出来的电阻应偏小；故说明电源内阻应略大于测量值；故选：A；
（2）因没有给出电压表，故应采用电流表和电阻箱串联的方式进行测量；由于内阻大于2×10³Ω，而电动势约为1.5V，故电流小于1mA，故电流表选择A₂；电阻箱应大于内阻值，故电阻箱选择R₂； 电路图如图所示；

（3）由图示电路图可知，在闭合电路中，电源电动势：E=I（r+R+R_A），则$\frac{1}{I}$=$\frac{1}{E}$R+$\frac{r+{R}_{A}}{E}$，图象$\frac{1}{I}$-R的斜率：k=$\frac{1}{E}$，在纵轴上的截距：b=$\frac{r+{R}_{A}}{E}$，则电源电动势E=$\frac{1}{k}$，电源内阻：r=$\frac{b}{k}$-R_A；
故答案为：（1）A； （2）如图所示；
（3）$\frac{1}{k}$；$\frac{b}{k}-{r_2}$

点评 本题考查电源电动势和内电阻的测量，要注意明确在没有电压表的情况下，可以利用电阻箱与电流表串联的方法进行测量，即所谓的“安阻法”； 要注意掌握利用闭合电路欧姆定律分析数据的基本方法．