Question

10．硅光电池是一种可将光能转化为电能的元件．某同学利用图a中所示电路探究某硅光电池的路端电压U与电流I的关系．图中R₀=2Ω，电压表、电流表均可视为理想电表．
①用“笔画线”代替导线，将图b中的电路补充完整．
②实验一：用一定强度的光照射硅光电池，闭合电键S，调节可调电阻的阻值，通过测量得到该电池的U-I曲线a（见图c）．则由图象可知，当电流小于200mA时，该硅光电池的电动势为2.9V，内阻为4.0Ω．
③实验二：减小光照强度，重复实验，通过测量得到该电池的U-I曲线b（见图c）．

当可调电阻R的阻值调到某值时，若该电路在实验一中的路端电压为1.5V，则在实验二中可调电阻R的电功率为27 mW（计算结果保留两位有效数字）．

Answer 1

分析 ①根据原理图可以画出实物图，注意正负极不要连反了．
②电源的U-I图象的斜率表示其内阻，根据斜率的变化可以知道内阻的变化情况，图象与纵轴交点表示电动势，与横轴交点表示短路电流．
③由图象b找到路端电压为1.5V的电路电流，由欧姆定律及串联电路特点求出可调电阻阻值，然后由P=I²R求出可调电阻消耗的电功率．

解答 解：（1）分析图甲所示实验原理图，根据原理图连接实物电路图，如图所示．

（2）在硅光电池的U-I图象，当I=0，U=E，图线斜率的绝对值表示内阻．由图线a可知E=2.90V，当电流小于200mA的情况下，此电池的内阻r=4.0Ω．
（3）实验一中的路端电压为U₁=1.5V时电路中电流为I₁=0.25mA，连接a中点（0.25mA、1.5V）和坐标原点，此直线为此时对应滑动变阻器阻值的外电路电阻（定值电阻）的U-I图，和图线b的交点为实验二中的路端电压和电路电流，如图，

电流和电压分别为I=80mA、U=0.5V，则
变阻器R消耗的功率为P=（U-IR₀）I=27 mW．
故答案为：（1）如图；（2）2.9，4.0；（3）27

点评 本题为探究性实验，难点在第三问中，要注意通过读题找出两次实验中的关系，从而找出正确的方法；注意由于不符合线性关系，不能用欧姆定律求解．