Question

2．硅光电池是一种可将光能转化为电能的器件，已经得到广泛的应用，某同学设计如图1所示的电路探究硅光电池的路端电压U与总电流I的关系．已知硅光电池的电动势大约是5V，电压表的量程只有0-3V，内阻为5kΩ，定值电阻R₀=5kΩ，电流表可视为理想电流表．
（1）用一定强度的光照射硅光电池，调节滑动变阻器，得到电压表的读数U与电流表的读数I的关系图线，如图2所示，可知电池内阻不是 （填“是”或“不是”）常数，短路电流为0.295mA，电动势为5.30V（保留三位有效数字）
（2）若将R=20kΩ的电阻接在该硅光电池的两极上，则该电阻消耗的功率为0.612mW，此时该硅光电池的内阻为10.0kΩ．（保留三位有效数字）

Answer 1

分析 （1）根据闭合电路欧姆定律U=E-Ir可知，电池的U-I曲线的斜率大小等于电源的内阻，纵轴截距等于电池的电动势，由图看出电池的内阻不是常数．
（2）在图中作出外电路电阻（定值电阻）的U-I图，由两图象的交点得到电压和对应的电流，由P=UI求出功率，根据闭合电路欧姆定律即可求得电源的内阻．

解答 解：（1）电源的U-I图象的斜率表示其内阻，由图象可知其斜率不断变化因此电源的内阻不是常数，由图可知，短路电流为0.295mA；因电压表与定值电阻串联且电压表内阻与定值电阻阻值相等，则可知，电源两端实际电压是电压表示数的2倍，由图可知，交点坐标为2.65V，则电动势应为2.65×2=5.30V；
（2）在电源的伏安特性图象中作出电阻R的伏安特性曲线，如图所示，则两图的交点表示电阻的工作点，由图可知，交点坐标，电压U=1.8V，则其实际电压U_真=2U=3.60V；
电流I=170μA=1.70×10^-4A；则可知，电阻的功率P=UI=3.6×1.70×10^-4=6.12×10^-4W=0.612mW；
根据闭合电路欧姆定律可知，灯泡内阻r=$\frac{E-U_{真}}{I}$=$\frac{5.30-3.60}{1.70×10^{-4}}$=10.3×10³Ω=10.0KΩ；
故答案为：（1）不是；0.295；5.30；（2）0.612；10.0

点评 本题主要考查了在实验中如何利用图线进行数据处理，在测电源电动势和内阻的实验中，明确电源U-I图象和电阻U-I图象的含义和区别，要注意电压表是经过改装而成的，实际电压应是U-I图中显示电压的2倍．