Question

3．2013年12月14日 晚上9點14分左右嫦娥三號月球探測器平穩降落在月球虹灣，并在4分鐘后展開太陽能電池帆板，如圖1．這是中國航天器第一次在地外天體成功軟著陸，中國成為繼美國、前蘇聯之后第三個實現月面軟著陸的國家．太陽能電池在有光照時，可以將光能轉化為電能，在沒有光照時，可以視為一個電學器件．某實驗小組用測繪小燈泡伏安特性曲線的實驗方法，探究一個太陽能電池在沒有光照時（沒有儲存電能）的I-U特性．所用的器材包括：太陽能電池，電源E，電流表A，電壓表V，滑動變阻器R，開關S及導線若干．

（1）為了達到上述目的，應選用圖2中的哪個電路圖甲（填“甲”或“乙”）；
（2）該實驗小組根據實驗得到的數據，描點繪出了如圖3的I-U圖象．由圖可知，當電壓小于2.00V時，太陽能電池的電阻很大（填“很大”或“很小”）；當電壓為2.80V時，太陽能電池的電阻約為1×10³Ω．（保留一位有效數字）
（3）該實驗小組在另一實驗中先用一強光照射太陽能電池，并用如圖4電路調節滑動變阻器，通過測量得到該電池的U-I曲線a．再減小實驗中光的強度，用一弱光重復實驗，測得U-I曲線b，如圖5．當滑動變阻器的電阻為某值時，若曲線a的路端電壓為1.5V．則滑動變阻器的測量電阻為7.1×10³Ω，曲線b上求外電路消耗的電功率為6.8×10^-5W（計算結果保留兩位有效數字）．

Answer 1

分析 （1）描繪伏安特性曲線電壓與電流應從零開始變化，滑動變阻器應采用分壓接法，據此選擇實驗電路．
（2）根據圖2所示圖象應用歐姆定律分析答題．
（3）由圖象求出電壓與對應的電流，然后由歐姆定律求出電阻阻值，由P=UI求出功率．

解答 解：（1）描繪伏安特性曲線電壓與電流應從零開始變化，滑動變阻器應采用分壓接法，由圖1所示可知，應選擇圖甲所示電路進行實驗．
（2）由圖2所示圖象可知，當電壓小于2.00V時，電路電流很小，幾乎為零，由歐姆定律可知，太陽能電池的電阻很大；
由圖2所示圖象可知，當電壓為2.80V時，電流I=2.8mA，則太陽能電池的電阻R=$\frac{U}{I}$=$\frac{2.8}{0.0028}$=1.0×10³Ω．
（3）由圖4所示曲線a可知，路端電壓為U₁=1.5V時電路中電流為I₁=210μA，即為強光照射時的工作點，
連接該點和坐標原點，如圖所示，此直線為此時對應的外電路電阻的U-I圖線，

滑動變阻器的測量電阻為R=$\frac{{U}_{1}}{{I}_{1}}$=$\frac{1.5}{210×1{0}^{-6}}$≈7.1×10³Ω．
此圖線和圖線b的交點為弱光照射時的工作點，如圖所示．
電流和電壓分別為I=97μA、U=0.7V，則外電路消耗功率為P=UI=0.7×97×10^-6≈6.8×10^-5W．
故答案為：（1）甲；（2）很大；1.0×10³；（3）7.1×10³；6.8×10^-5．

點評 本題考查測定電動勢和內電阻的數據處理，本題考查了實驗電路的選擇、實驗數據處理，當電壓與電流從零開始變化時，滑動變阻器應采用分壓接法；要掌握應用圖象法處理實驗數據的方法．