2025年高考物理巧用信息遷移 解一道電學預賽題

　　巧用信息遷移，解一道電學預賽題

　　題目如圖1所示，電阻Ｒ1＝Ｒ2＝1ｋΩ，電源電動勢＝6Ｖ，兩個相同的二極管Ｄ串聯在電路中，二極管D的ＩＤ-ＵＤ特性曲線如圖2所示，試求：

　　（1）過二極管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生物理競賽預賽試題的第六題，而且是含有半導體特征的恒壓源電路，而半導體材料二極管特征曲線呈非線性變化，這個問題與中學生常見的穩恒電路有明顯區別，導致一些考生難以找準切入點．在高中階段，學生學習的是恒定電流，在穩恒電路中路端電壓與電路中的電流呈線性變化．那么如何應用學生已掌握的知識去解決這個新問題呢?下面通過對一道穩恒電路例題的解法進行聯想，利用這個解法信息的遷移，尋找其相似或相近的思維去解決問題．

　　例題?如圖3所示電路，Ｒ是一個滑動變阻器，閉合開關Ｓ，移動滑動變阻器，可測得電源的路端電壓與電流變化的關系如圖4所示，試求在Ｒ取值為1Ω時，通過Ｒ的電流強度大小．

　　解析?題中已給出電源的路端電壓與電流關系圖象，利用圖解法，建立Ｒ＝1Ω時通過Ｒ的電流與電壓的關系Ｕ＝ＩＲ＝Ｉ，即Ｕ-Ｉ圖象（畫出Ｕ-Ｉ圖象），這個圖象與題目中已知的電源端電壓與電流的關系的圖象相交于一點Ｃ，Ｃ點坐標為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時通過的電流大小．

　　圖3

　　圖4

　　利用上例圖解法解題的信息，進行聯想與對比，雖然上例與預賽題第六題有所區別，但二者同是恒源電路，有相近或相似的特點，這樣就可以利用上例的解法信息遷移，用圖解法解預賽題的第六題．

　　原題解析?根據圖解法的特點，已知二極管Ｄ的ＩＤ-ＵＤ的特征曲線，只要能找出當＝6Ｖ時通過Ｄ的電流ＩＤ與加在Ｄ兩端電壓的關系式并作出圖象，與ＵＤ-ＩＤ變化的特征曲線相交于一點，通過這一點坐標值的讀數，便可求出＝6Ｖ時通過D的電流．

　　（1）設ｄ的兩端電壓為ＵＤ，電流為ＩＤ，因為并聯部分二極管支路由兩個二極管串聯，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，

　　因為??＝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（1，2），如圖5所示，即

　　圖5

　　ＩＤ＝2ｍＡ，ＵＤ＝1Ｖ，

　　所以當＝6Ｖ時通過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，運用信息的遷移解題，找準解決問題的切入點，使學生走出迷宮，才能正確解決問題．

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