朱木清　何崇榮

(武漢市黃陂區(qū)第一中學　湖北 武漢　430300)

?

2014年課標全國卷Ⅱ第21題答案再商討

朱木清何崇榮

(武漢市黃陂區(qū)第一中學湖北 武漢430300)

摘 要：文章指出了文獻[1]關(guān)于2014年課標全國卷Ⅱ第21題選項D論證中存在的問題，并提出不同觀點．

關(guān)鍵詞：二極管 視在功率有功功率有效值

2014年高考結(jié)束后，圍繞課標全國卷Ⅱ第21題選項D是否正確，引發(fā)很大爭論．為此，文獻[1]做了深入研討，并對答案作了解讀論證．但讀后仍覺疑惑難解，作為學術(shù)爭鳴，故再作商討．

【題目】如圖1，一理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)分別為n1和n2．原線圈通過一理想電流表○A接正弦交流電源，一個二極管和阻值為R的負載電阻串聯(lián)后接到副線圈的兩端．假設(shè)該二極管的正向電阻為零，反向電阻為無窮大．用交流電壓表測得a,b端和c,d端的電壓分別為Uab和Ucd，則

A．Uab:Ucd=n1:n2

B．增大負載電阻的阻值R，電流表的讀數(shù)變小

C．負載電阻的阻值越小，cd間的電壓Ucd越大

D．將二極管短路，電流表的讀數(shù)加倍

圖1

標準答案：B,D

從這個角度而言，原參考答案是不完整的，沒有考慮到在一個周期時間內(nèi)的初、末狀態(tài)的機械能守恒.再者，試題本身也不完善，沒有明確指出在恒速參考系中所研究的系統(tǒng)是指彈簧和小球兩個物體還是指小球、彈簧和墻壁3個物體.

總之，對于勻速運動車廂外的彈簧振子的簡諧運動，當以地面為參考系時，系統(tǒng)的機械能守恒；當以勻速運動的車廂為參考系時，對于由彈簧和小球組成的系統(tǒng)，機械能不總是守恒，只有在半周期的整數(shù)倍的各時刻，系統(tǒng)的機械能才守恒；而對于由彈簧、小球和墻壁組成的系統(tǒng)，機械能始終守恒.系統(tǒng)機械能是否守恒，不僅與慣性參考系的選擇有關(guān)，還與系統(tǒng)的組成有關(guān)；對于往復運動系統(tǒng)的機械能守恒有時還與時間段有關(guān).

參 考 文 獻

1袁芳，朱炯明.功、動能和機械能.物理教學，2012(7)：7

2李學生，師教民.對一道中學生物理競賽試題答案的商榷.物理通報，2014(9):119

3李衛(wèi)平，羅潔.注意力的保守性與參照系的關(guān)系.中學物理，2013(3):42

4朱如曾.彈簧振子相對于運動慣性系的機械能守恒.物理通報，201(34):101

文獻[1]對選項D的論證：

為簡明，筆者將原文中解答部分進行了梳理：設(shè)副線圈兩端電壓峰值為U2m，因二極管接入，電阻R兩端電壓為半波，其有效值和副線圈兩端電壓有效值不等．副線圈兩端電壓有效值為

可以證明電阻R兩端電壓有效值為

根據(jù)歐姆定律得，通過電阻R的電流有效值為

根據(jù)能量守恒定律，得

將

代入上式，得

故

將二極管短路，電阻R兩端電壓和副線圈兩端電壓相等，通過副線圈和電阻R的電流有效值為

比較可得

對理想變壓器，根據(jù)

得

選項D正確．

問題提出：

因二極管接入，電阻R兩端電壓和通過的電流均為半波，可證電阻R兩端電壓有效值為

R為純電阻，則電流有效值

消耗的功率

問題探討：

如果上述假設(shè)成立，問題就有解：二極管接入時，電阻R上為半波電壓，R兩端電壓的有效值為

根據(jù)歐姆定律得其電流有效值為

由于通過副線圈和電阻R的電流瞬時值總相同，則有效值

將二極管短路，電阻R兩端電壓有效值為

電流有效值

比較可得

再根據(jù)

即得

選項D錯誤．

當然，有人會說：原線圈電壓U1一定，二極管短路后，只有原副線圈電流增為原來2倍，輸送功率變?yōu)樵瓉淼?倍，這樣才跟電阻消耗的功率變?yōu)樵瓉淼?倍相一致，才符合能量守恒關(guān)系．這也順理成章，沒有問題呀？

能量守恒規(guī)律毋容置疑！值得注意的是，當二極管接入電路時，電源提供的功率并非全部被電阻R消耗，還有部分被二極管占有；二極管短接后，電源提供的功率才全部被電阻R消耗．因此，二極管短路后，電源提供的功率增加量小于電阻R消耗功率的增加量．簡述如下：

理想變壓器原副線圈輸入功率和輸出功率總相等．當二極管接入電路時

P1=P2

U1I1=U2I2

而

則電源提供的功率

電阻R消耗的功率為

而

得

故

因此，筆者認為，本題選項D是錯誤的．研究發(fā)現(xiàn)，只要我們的假設(shè)成立，那么關(guān)于含二極管電路因有效值問題引發(fā)的諸多矛盾都好化解．我們的看法是否正確，敬請專家同仁賜教．

1趙堅，李勇.一道高考試題引發(fā)的熱議與探討.物理教師，2014(9)：82～85

2愈伯根.對2014年兩道高考物理題參考答案的看法.中學物理教學參考，2014(10)：68

收稿日期：(2015-01-19)