Question

9．2013年12月14日晚上9點(diǎn)14分，“嫦娥三號(hào)”月球探測(cè)器平穩(wěn)降落在月球虹灣，在4分鐘后展開(kāi)太陽(yáng)能電池帆板如圖甲所示，左、右兩側(cè)是太陽(yáng)能板陣，太陽(yáng)能電池在有光照時(shí)，可以將光能轉(zhuǎn)化為電能，在沒(méi)有光照時(shí)，可以視為一個(gè)電學(xué)器件．某實(shí)驗(yàn)小組想用實(shí)驗(yàn)探究太陽(yáng)能電池板的特性，包括其電動(dòng)勢(shì)隨光照的變化、內(nèi)阻、伏安特性曲線等，所用的器材包括：待測(cè)太陽(yáng)能電池，電源E，電流表A，電壓表V，滑動(dòng)變阻器等．

（1）實(shí)驗(yàn)小組首先在沒(méi)有光照（沒(méi)有儲(chǔ)存電能）的情況下根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)，描點(diǎn)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(guān)系．
（2）由圖乙可知，當(dāng)電壓小于2.00V時(shí)，太陽(yáng)能電池的電阻很大（填“很大”或“很小”）；當(dāng)電壓為2.90V時(shí)，太陽(yáng)能電池的電阻約為6×10²Ω（保留一位有效數(shù)字）．
（3）該實(shí)驗(yàn)小組在另一實(shí)驗(yàn)中先用一強(qiáng)光照射太陽(yáng)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(cè)量電池的電動(dòng)勢(shì)，請(qǐng)幫他們?cè)O(shè)計(jì)合適的電路圖，填入圖丁虛線框內(nèi)．
（4）調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，通過(guò)測(cè)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(shí)電池的電動(dòng)勢(shì)為2.7V（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）．
（5）再減小實(shí)驗(yàn)（3）中光的強(qiáng)度，用一弱光重復(fù)實(shí)驗(yàn)，則由該電池的U-I曲線，如圖丙中曲線b，則由圖中可知，當(dāng)路端電壓為2V時(shí)，接入電路的滑動(dòng)變阻器的電阻為4.0×10⁴Ω（計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)圖象可明確是否為線性元件；
（2）根據(jù)圖2所示圖象應(yīng)用歐姆定律分析答題．
（3）由給出的儀表可以得出對(duì)應(yīng)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(diǎn)可以得出對(duì)應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)；
（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(guān)系；
（2）解由圖2所示圖象可知，當(dāng)電壓小于2.00V時(shí)，電路電流很小，幾乎為零，由歐姆定律可知，太陽(yáng)能電池的電阻很大；
由圖2所示圖象可知，當(dāng)電壓為2.90V時(shí)，電流I=4.8mA，則太陽(yáng)能電池的電阻R=$\frac{U}{I}$=$\frac{2.90}{4.8}$×10³=6×10²Ω．
（3）要測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)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(biāo)的交點(diǎn)為電源的電動(dòng)勢(shì)，由圖a可知，電源的電動(dòng)勢(shì)約為2.7V；
（5）由圖中b所示曲線可知，路端電壓為U₁=2V時(shí)電路中電流為I₁=0.5μA，接入電路的滑動(dòng)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(diǎn)評(píng) 本題考查測(cè)量電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻的實(shí)驗(yàn)，要注意實(shí)驗(yàn)電路的選擇、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理，當(dāng)同時(shí)還要掌握應(yīng)用圖象法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的方法．