3.(2024,扬州)温差发电技术是绿色环保的发电技术,利用热电转换材料和两块金属板可制成简易的温差发电装置。如图22-3-4所示,将发电装置的一块金属板放在冷水中,用火焰加热另一块金属板,观察到与热电转换材料连接的LED小灯珠发光。

图22-3-4
(1)小明想利用此装置探究发电的电压与温度的关系,对此装置做了适当的改进:将LED小灯珠拆下,换成数字电压表接入电路;撤去蜡烛,将上端金属板A浸入热水中,用温度计每隔一段时间测量冷、热水的温度。测得数据如下:

①改变热源的目的是;
②分析表格数据,当时室温是$°\mathrm{C}$;
③要提高发电电压可采取的办法是、。(针对不同影响因素各写一条)
(2)我国科学家成功利用人体和环境的温差做出了温差电池。若该电池在$1°\mathrm{C}$的温差下产生$2×10^{-2}\mathrm{ V}$的电压,输出功率为$1×10^{-6}\mathrm{ W}$,则输出电流为$\mathrm{A}$。

3. (1)①便于得到温度差 ②20.6 ③提高热水的温度(或降低室温) 更换发电效率更高的热电转换材料 (2)5 × 10⁻⁵
【解析】(1)①小明想利用此装置探究发电的电压与温度的关系,则需要记录不同温度差下的电压示数,因用火焰加热金属板A时,金属板A的温度无法得到,且温度不易控制,从而无法得到温度差,因此撤去蜡烛,将上端金属板A浸入热水中,此时可用温度计测量热水的温度,从而得到冷热水的温度差。②由表格数据可知,冷水的温度t₂ = t₁ - Δt = 84.7 ℃ - 64.1 ℃ = … = 68.4 ℃ - 47.8 ℃ = 20.6 ℃,冷水的温度即水在室温下的温度,因此当时的室温是20.6 ℃。③由表格数据可知,当冷、热水温度差越大时,发电的电压越高,因此要提高发电电压,可以增大温度差,即提高热水的温度或者降低室温;当热电转换材料不同时,发电电压的高低也不同,因此可以更换发电效率更高的热电转换材料。(2)该电池输出的电流I = P/U = 1×10⁻⁶ W / 2×10⁻² V = 5×10⁻⁵ A。

【分析】
本题围绕温差发电装置展开，需结合实验探究思路、电功率公式及温度差分析解题：
（1）①探究发电电压与温度的关系，需改变温度差测量对应电压，改变热源可获得不同冷热水温度差，便于探究电压与温度的关联；②冷水处于室温环境，其温度等于热水温度减温度差，通过表格数据计算可得到室温；③从实验数据可知温度差越大发电电压越高，同时热电转换材料也会影响电压，据此分析提高电压的办法；
（2）已知功率和电压，利用电功率公式变形即可计算输出电流。
【解析】
（1）①探究发电电压与温度的关系时，需要测量不同温度差下的发电电压，改变热源能获得不同的冷热水温度差，因此目的是便于得到不同的冷热水温度差；
②由表格数据，冷水温度 = 热水温度 - 温度差，计算每组数据：如84.7℃ - 64.1℃ = 20.6℃，68.4℃ - 47.8℃ = 20.6℃，多次计算结果一致，说明冷水温度即室温为20.6℃；
③分析表格数据，冷、热水温度差越大，发电电压越高，因此可通过提高热水温度（或降低室温）增大温度差来提高电压；另外，更换发电效率更高的热电转换材料也能提高发电电压；
（2）根据电功率公式P=UI，变形得输出电流I = P/U，代入数值：I = (1×10⁻⁶ W) / (2×10⁻² V) = 5×10⁻⁵ A。
【答案】
3. (1)①便于得到不同的冷热水温度差 ②20.6 ③提高热水的温度；更换发电效率更高的热电转换材料 (2)5×10⁻⁵
【知识点】
温差发电、电功率公式应用、实验数据分析
【点评】
本题结合实际温差发电技术，考查实验探究的变量控制、数据规律分析及电功率计算，注重物理知识与实际应用的结合，难度适中。
【难度系数】
0.6