2014高考理综课标ⅱ21题选项d辨析-三稿

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1、第1页共7页2014高考理综课标Ⅱ21题选项D辨析秋杨树袁卫民(河北大学河北保定071002)(保定二中河北保定071000)原题:如图1所示,一理想变压器原、副线圈的匝数分别为n1,n2.原线圈通过一理想电流表○A接正弦交流电源,一个二极管和阻值为R的负载电阻串联后接到副线圈的两端.假设该二极管的正向电阻为零,反向电阻为无穷大.用交流电压表测得a,b端和c,d端的电压分别为Uab和Ucd,则A.Uab:Ucd=n1:n2B.增大负载电阻的阻值R,电流表的读数图1变小C.负载电阻的阻值越小,cd间的电压Ucd

2、越大D.将二极管短路,电流表的读数加倍原高考题给出的答案是B和D.自2014年高考过后至今(2015年高考已过)对这道题的讨论从未停止,分歧主要在判断选项D的对与错.讨论中还出现了“功率哪儿去了?是否有悖能量守恒?”的疑问,和“是否存在无用功!”的猜测,以及“电流表的读数指的是什么?”等,诸多问题.笔者在这里只想对这些问题做些分析,而不是给出什么结论,错讹之处还请不吝指正.1学生如何作答1.1一个真实的案例近期我们组织保定二中高二五班的学生做了此题,并要求把解题思路写出来.现选择一份有代表性(作者石滕宇同学)

3、的解法摘录如下:设变压器的输出电压为U2,则Uab:U2=n1:n2.由于二极管具有单向导电性,使得cd端的电压Ucd<U2,因此选项A错误;理想变压器中,输出电压由输入电压决定,因此可知不管负载电阻的阻值如何变化,只要输入电压不变,则变压器的输出电压不变,进而可得cd间的电压Ucd不变,选项C错误;而增大负载电阻的阻值R时,Ucd不变,则负载电阻的功率减小,可知变压器的输出功率变小,第1页共7页第2页共7页因此变压器的输入功率变小;变压器的输入电压Uab不变,可知电流表的读数变小,选项B正确;将二极管短路,

4、则变压器的输出功率增加一倍,因此变压器的输入功率增加一倍,变压器的输入电压Uab不变,可知电流表的读数加倍,选项D正确.笔者说明:中学变压器教学重点强调了变压规律、变流规律及三个决定关系(输入电压决定输出电压、输出功率决定输入功率、输出电流决定输入电流).而本题涉及了二极管的单向导电性.根据考题要求,学生解答本题只需定性分析即可,尤其本题是多项选择题(题目说明“有多项符合题目要求”),既然选项A和C很容易判断是错误的,从而很自然选择B和D.而对于D选项学生难以做出深入分析,关于全波电压和半波电流时的电功率如何

5、计算,中学从不涉及.所以学生只能根据输出功率决定输入功率,原线圈的电压不变,从而得出二极管短路时功率加倍则电流加倍,判断D选项正确.因此从中学教学实际来看学生认为D选项正确也就不足为奇了.1.2换位思考,中学生可能给出的合理答案题目说得很清楚“假设该二极管的正向电阻为零,反向电阻为无穷大”,这就是说二极管相当一个“开关”,交流电正半周时“闭合”,电路导通;负半周时“切断”,电路截止.次级电流在二极管被短路时如图2(a)所示,在二极管未被图2短路时如图2(b)所示.q在初中就已熟悉了一个关于电流和电荷量的关系式

6、I.现在所遇到的虽t然是依正弦规律变化的交流电,但不难根据该式想到(现在中学生有微积分意识更容易想到),在图2中代表变化电流的曲线与时间轴线所围面积S代表电荷量q.从而可知变压器次级电流在二极管被短路时,电流为第2页共7页第3页共7页2SI(1)2T变压器次级电流在二极管未被短路时,电流为SI(2)2T根据题目所说,变压器是理想变压器,初级电流应随次级电流依比例增减,故而可知,“将二极管短路,电流表的读数加倍”,选项D正确.笔者说明:因为在一个周期内电流的瞬时值是变化的,单位时间通过负载的电荷量也是随

7、时变化的,特别是在二极管未被短路时竟有半个周期没有电荷通过,所以(1)(2)两式中的电流I与I2都是平均值[式(1)中的电流I为绝对22值平均值].上述“选项D正确”的结论有个前提条件,就是题目所说的“理想电流表”指针偏转角度与电流的“平均值”成正比.这一点已超出学生的知识范围,学生是不会想到的.2功率哪儿去了?2.1二极管未短路时次级的输出功率变压器初级加交流电压U(=U),次级输出路端电压为U.对二极管未短1ab2路时次级输出功率的算法在讨论中出现了两种情形:其一:U为负载电阻R两端的电压的有效值,通

8、过各种途径,包括用傅里cdUU22叶级数展开推算,确认U,则次级电流I,因而次级输出功率应为cd222R22UUcd2UI(3)cd2RR2其二:既然是次级输出功率就应该用次级电压乘以次级电流2UUcd2UIU=(4)222R2R显然UIUI,这就引出来了一个疑问:有人认为式(3)计算的是负载电cd222阻上的功率,只是式(4)次级输出功率的一部分,而不是全部.根据题给条件二极管是不消耗

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