高考中有關(guān)電容器與二極管的考查

馬富山

摘 要：電容器是歷年高考?？嫉闹R點(diǎn)之一，二極管在高考電學(xué)中，特別是交流電的相關(guān)問題中，常有涉及，不過一旦電容器遇上二極管，這個問題似乎就變的不同尋常了，那么情況又會是什么樣呢？

關(guān)鍵詞：電容器;二極管

一、高考中電容器的考查

電容器是一種重要的電學(xué)元件，是歷年高考常考的知識點(diǎn)之一，常以選擇題形式出現(xiàn)，難度不大，主要考查電容器的電容概念的理解、平行板電容器電容的決定因素及電容器的動態(tài)分析三個方面.學(xué)生應(yīng)有以下的知識儲備：

（1）電容的定義：電容是用比值定義的一個物理量，表示電容器容納電荷的多少，對任何電容器都適用.對于一個確定的電容器，其電容也是確定的，與電容器是否帶電、帶電荷量的多少、板間電勢差的大小等均無關(guān).

（2）平行板電容器的電容：平行板電容器的電容由兩極板正對面積、兩極板間距離、介質(zhì)的相對介電常數(shù)決定，滿足.

（3）電容器的動態(tài)分析：關(guān)鍵在于弄清哪些是變量，哪些是不變量，抓住三個公式、及并分析清楚兩種情況：一是電容器充電后斷開電源，其所帶電荷量Q保持不變，二是電容器始終與電源相連，其兩極板間的電壓U保持不變.

【例1】如圖1所示，兩塊水平放置的平行正對的金屬板a、b與電池相連，在距離兩板等距的M點(diǎn)有一個帶電液滴處于靜止?fàn)顟B(tài).若將a板向下平移一小段距離，但仍在M點(diǎn)上方，穩(wěn)定后，下列說法中正確的是（ ）

圖1

A.液滴將向下加速運(yùn)動

B.M點(diǎn)電勢升高，液滴在M點(diǎn)的電勢能將增大

C.M點(diǎn)的電場強(qiáng)度變小了

D.在a板移動前后兩種情況下，若將液滴從a板移到b板，電場力做功相同

解答：由液滴受力平衡知所受的電場力向上，液滴帶負(fù)電.電容器與電源相連，板間電壓不變.將a板向下平移時，兩板間的距離減小，由分析可知：板間電場強(qiáng)度增大，粒子受到的電場力增大，故液滴將向上加速運(yùn)動;故A、C錯誤;下極板接地，電勢為零，M點(diǎn)的電勢等于M與b之間的電勢差.由U=Ed可知，因E增大，d不變，則M點(diǎn)的電勢增大;因帶電液滴帶負(fù)電，故電勢能將減小，故B錯誤;因兩板間的電勢差不變，由W=qU知，前后兩種狀態(tài)下移動電荷時，電場力做功相同，故D正確.答案：D.

二、高考中二極管的考查

由于二極管具有單向?qū)щ娦裕瑢⒍O管與其他部分結(jié)合命題前景十分廣闊而靈活.二極管在高考電學(xué)中，特別是交流電的相關(guān)問題中，常有涉及.學(xué)生應(yīng)有的知識儲備：晶體二極管（簡稱二極管）是一種半導(dǎo)體元件，當(dāng)它的正極接高電勢即加正向電壓時，電阻很小，處于導(dǎo)通狀態(tài)，相當(dāng)于一個接通的開關(guān);當(dāng)它加反向電壓時，電阻非常大，處于截至狀態(tài)，相當(dāng)于一個斷開的開關(guān).高中階段一般將其看作理想二極管，及正向電阻可看成零，反向電阻可看成無窮大.

【例2】如圖2所示電路，電阻R1與電阻R2串聯(lián)接在交變電源上，且R1=R2=10Ω，正弦交流電的表達(dá)式為，R1和理想二極管D（正向電阻可看做零，反向電阻可看做無窮大）并聯(lián)，則R2上的電壓有效值為（ ）

A.10V B.20V

C.15V D.V

解答： 由題圖可知，當(dāng)A端輸出電流為正時，R1被短路，則此時R2上電壓有效值為：，當(dāng)B端輸出電流為正時，R1、R2串聯(lián)，則R2兩端電壓有效值為，在一個周期內(nèi)R2兩端的電壓有效值為U，則，解得U=V.答案：D.

三、高考中電容器遇上二極管

【例3】（多選）如圖3所示，D是一只理想二極管，水平放置的平行板電容器AB內(nèi)部原有帶電微粒P處于靜止?fàn)顟B(tài).下列措施下，關(guān)于P的運(yùn)動情況說法正確的是（ ）

A.保持S閉合，增大A、B板間距離，P仍靜止

B.保持S閉合，減小A、B板間距離，P向上運(yùn)動

C.斷開S后，增大A、B板間距離，P向下運(yùn)動

D.斷開S后，減小A、B板間距離，P仍靜止

解答：保持S閉合，電源的路端電壓不變，增大A、B板間距離，電容減小，由于二極管的單向?qū)щ娦?，電容器不能放電，其電量不變，由得到，板間場強(qiáng)不變，微粒所受電場力不變，仍處于靜止?fàn)顟B(tài)，故A正確;保持S閉合，電源的路端電壓不變，電容器的電壓不變，減小A、B板間距離，由可知，板間場強(qiáng)增大，電場力增大，微粒將向上運(yùn)動，故B正確;斷開S后，電容器的電量Q不變，由推論得到，板間場強(qiáng)不變，微粒所受電場力不變，仍處于靜止?fàn)顟B(tài)，故C錯誤，故D正確.答案：ABD

總之，電容器與二極管在一起時，考慮電容器和二極管的特性，由于二極管的單向?qū)щ娦?，?dǎo)致電容器能否充電或放電是關(guān)鍵，甚至?xí)?dǎo)致二極管兩端的電壓高于電源的電動勢.

參考文獻(xiàn)

[1]《高考怎樣考查電容器、晶體管、變壓器》袁培耀《中學(xué)生理科應(yīng)試》2016年Z1期.

[2]《淺析2010年高考中電容器的命題方式》羅振國《物理教師》2011年01期.