2025年高考物理巧用信息遷移 解一道電學(xué)預(yù)賽題

　　巧用信息遷移，解一道電學(xué)預(yù)賽題

　　題目如圖1所示，電阻Ｒ1＝Ｒ2＝1ｋΩ，電源電動(dòng)勢(shì)＝6Ｖ，兩個(gè)相同的二極管Ｄ串聯(lián)在電路中，二極管D的ＩＤ-ＵＤ特性曲線如圖2所示，試求：

　　（1）過(guò)二極管Ｄ的電流．

　　（2）電阻Ｒ1消耗的功率．

　　圖1

　　圖2

　　分析這道題是第十六屆中學(xué)生物理競(jìng)賽預(yù)賽試題的第六題，而且是含有半導(dǎo)體特征的恒壓源電路，而半導(dǎo)體材料二極管特征曲線呈非線性變化，這個(gè)問(wèn)題與中學(xué)生常見(jiàn)的穩(wěn)恒電路有明顯區(qū)別，導(dǎo)致一些考生難以找準(zhǔn)切入點(diǎn)．在高中階段，學(xué)生學(xué)習(xí)的是恒定電流，在穩(wěn)恒電路中路端電壓與電路中的電流呈線性變化．那么如何應(yīng)用學(xué)生已掌握的知識(shí)去解決這個(gè)新問(wèn)題呢?下面通過(guò)對(duì)一道穩(wěn)恒電路例題的解法進(jìn)行聯(lián)想，利用這個(gè)解法信息的遷移，尋找其相似或相近的思維去解決問(wèn)題．

　　例題?如圖3所示電路，Ｒ是一個(gè)滑動(dòng)變阻器，閉合開關(guān)Ｓ，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器，可測(cè)得電源的路端電壓與電流變化的關(guān)系如圖4所示，試求在Ｒ取值為1Ω時(shí)，通過(guò)Ｒ的電流強(qiáng)度大小．

　　解析?題中已給出電源的路端電壓與電流關(guān)系圖象，利用圖解法，建立Ｒ＝1Ω時(shí)通過(guò)Ｒ的電流與電壓的關(guān)系Ｕ＝ＩＲ＝Ｉ，即Ｕ-Ｉ圖象（畫出Ｕ-Ｉ圖象），這個(gè)圖象與題目中已知的電源端電壓與電流的關(guān)系的圖象相交于一點(diǎn)Ｃ，Ｃ點(diǎn)坐標(biāo)為Ｃ（2，2），即Ｉ＝2Ａ，Ｕ＝2Ｖ，從圖象上直接讀出所求的值，Ｉ＝2Ａ就是Ｒ＝1Ω時(shí)通過(guò)的電流大小．

　　圖3

　　圖4

　　利用上例圖解法解題的信息，進(jìn)行聯(lián)想與對(duì)比，雖然上例與預(yù)賽題第六題有所區(qū)別，但二者同是恒源電路，有相近或相似的特點(diǎn)，這樣就可以利用上例的解法信息遷移，用圖解法解預(yù)賽題的第六題．

　　原題解析?根據(jù)圖解法的特點(diǎn)，已知二極管Ｄ的ＩＤ-ＵＤ的特征曲線，只要能找出當(dāng)＝6Ｖ時(shí)通過(guò)Ｄ的電流ＩＤ與加在Ｄ兩端電壓的關(guān)系式并作出圖象，與ＵＤ-ＩＤ變化的特征曲線相交于一點(diǎn)，通過(guò)這一點(diǎn)坐標(biāo)值的讀數(shù)，便可求出＝6Ｖ時(shí)通過(guò)D的電流．

　　（1）設(shè)ｄ的兩端電壓為ＵＤ，電流為ＩＤ，因?yàn)椴⒙?lián)部分二極管支路由兩個(gè)二極管串聯(lián)，所以Ｒ2兩端電壓為2ＵＤ，則

　　＝Ｕ1＋2ＵＤ，

　　Ｕ1＝Ｉ1Ｒ1．

　　?Ｉ1＝Ｉ2＋ＩＤ，

　　??Ｉ2＝2ＵＤ／Ｒ2．

　　以上各式可得：＝2ＵＤＲ1／Ｒ2＋2ＵＤ＋ＩＤＲ1，

　　因?yàn)??＝6Ｖ，Ｒ1＝Ｒ2＝1000Ω，

　　整理得??ＵＤ＝1．5－250ＩＤ．

　　作出它的圖象與特征曲線相交于一點(diǎn)（1，2），如圖5所示，即

　　圖5

　　ＩＤ＝2ｍＡ，ＵＤ＝1Ｖ，

　　所以當(dāng)＝6Ｖ時(shí)通過(guò)Ｄ的電流

　　ＩＤ＝2ｍＡ．

　　（2）Ｉ2＝2ＵＤ／Ｒ2＝2ｍＡ，

　　Ｉ1＝Ｉ2＋ＩＤ＝2ｍＡ＋2ｍＡ＝4ｍＡ，

　　Ｐ1＝Ｉ12Ｒ1＝（4×10－3）2×1000Ｗ?

　　??＝1．6×10－2Ｗ．

　　由此可見(jiàn)，運(yùn)用信息的遷移解題，找準(zhǔn)解決問(wèn)題的切入點(diǎn)，使學(xué)生走出迷宮，才能正確解決問(wèn)題．

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