题目内容

（25分）图1所示的电路具有把输人的交变电压变成直流电压并加以升压、输出的功能，称为整流倍压电路。图中和是理想的、点接触型二极管（不考虑二极管的电容），和是理想电容器，它们的电容都为C，初始时都不带电，G点接地。现在A、G间接上一交变电源，其电压，随时间t变化的图线如图2所示．试分别在图3和图4中准确地画出D点的电压和B点的电压在t＝0到t=2T时间间隔内随时间t变化的图线，T为交变电压的周期。

：

如图1所示，如图2 所示．

附参考解法：

二极管可以处在导通和截止两种不同的状态.不管D1和D2处在什么状态，若在时刻t，A点的电压为uA，D点的电压为uD，B点的电压为uB，电容器C1两极板间的电压为uC1，电容器C2两极板间的电压为uC2，则有

        （1）

        （2）

        （3）

        （4）

式中q1为C1与A点连接的极板上的电荷量，q2为C2与B点连接的极板上的电荷量.

若二极管D1截止，D2导通，则称电路处在状态I. 当电路处在状态I时有

         （5）

若二极管D1和D2都截止，则称电路处在状态II. 当电路处在状态II时有

         （6）

若二极管D1导通，D2截止，则称电路处在状态III.当电路处在状态III时有

      （7）

电路处在不同状态时的等效电路如图3所示.

在到时间间隔内，uD、uB随时间t的变化情况分析如下：

1. 从起，uA从0开始增大，电路处在状态 I ，C1、C2与电源组成闭合回路. 因C1、C2的电容相等，初始时两电容器都不带电，故有    

   

   

在uA达到最大值即uA = U时，对应的时刻为，这时，也达到最大值. uA达到最大值后将要减小，由于D2的单向导电性，电容器C1、C2都不会放电，和保持不变，uD将要小于，即将要小于uB ，D2将由导通变成截止，电路不再处于状态I. 所以从t = 0到时间间隔内，uD、uB随时间t变化的图线如图4、图5中区域I内的的直线所示．

2. 从起，因uD小于uB ，D2处在截止状态，电路从状态 I 变为状态 II. 因为二极管的反向电阻为无限大，电容器C1、C2都不会放电，两极板间的电压都保持不变.当电路处在状态II 时，D点的电压

               

B点的电压

随着uA从最大值U逐渐变小，uD亦变小；当时，对应的时刻为，.如果uA小于，则uD将小于0，D1要从截止变成导通，电路不再处在状态II.所以在到时间间隔内，uD、uB随t变化的图线如图4和图5中区域 II1 内的直线所示.

3.从起，uA从开始减小，D1导通，但，D2仍是截止的，电路从状态II变为状态III.当电路处在 状态 III 时有

                                                    

                                                    

在uA减小的过程中，C1两极板间的电压uC1（= uA）也随之改变，从而维持uD为0. 当uA达到反向最大值即时，对应的时刻为，.若uA从开始增大（减小），因D1的单向导电性，电容器C1不会放电，保持不变，，D1要从导通变成截止，电路不再处于状态III.所以在到时间间隔内，uD、uB随t变化的图线如图4和图5中区域 III1 内的直线所示.

4. 从起，uA从开始增大， D1变为截止状态，从零开始增大，只要uD仍小于uB，D2仍是截止的，电路从状态III变为状态II. 当电路处在 状态 II  时，C1和C2不会放电，电容器两极板间的电压保持不变. 故有

                          

         

当uA增大至时，对应的时刻为，. 若uA再增大，uD将要大于uB，D2将要从截止变为导通，，电路不再处于状态II. 所以在到时间间隔内，uD、uB随t变化的图线如图4和图5中 区域 II2 中的直线所示.

5. 从起，uA要从增大， D2变为导通状态，这时D1仍是截止的，电路又进入状态I. 当电路处在 状态I时，电源与C1、C2构成闭合回路，而

 

                                                                           

当uA变化时，将随之变化，但由导通的二极管D2连接的C1、C2的两块极板所带的总电荷量是恒定不变的.由于在时刻，，，此时，，故有

                                       

由以上有关各式得

                                                      

uD、uB随着uA的增大而增大. 当uA达到最大值即时，对应的时刻为，．由于D2单向导电，只增不减，uA从最大值减小时，不变，uD将要小于，而保持为，因而，D2从导通变成截止，电路不再是状态I. 所以在到时间间隔内，uD、uB随t变化的图线如图4和图5中  I2中的直线所示.

6. 从起，uA从U开始减小， D2变为截止状态，这时D1仍是截止的，电路又进入状态II. 当电路处在 状态 II  时，C1和C2不会放电，电容器两极板间的电压保持不变. 由时刻的uD和uA的值可知此时. 故有

当uA减少至时，对应的时刻为，，以后D1将由截止变为导通，电路不再处在状态II. 所以在到时间内，uD、uB随t变化的图线如图4和图5中  II3中的直线所示.

7. 从起，uA从开始减小，D1变为导通状态，但D2仍是截止的，电路又进入状态III，故有

     

   

在uA减小的过程中，C1两端的电压uC1也随之改变，开始阶段D1保持导通，uD = 0. 但当uA减小至-U时，对应的时刻为，uC1 = U. 因D1单向导电，且，C1右极板的正电荷只增不减，uA到达-U后要增大，uD要大于0，D1要从导通变为截止，电路不再处于状态III. 所以在到时间间隔内，uD、uB随t变化的图线如图4和图5中III2内的直线所示.

8. 从起，uA从-U开始增大，D1变为截止状态，D2仍是截止的，电路又进入状态II. 当电路处于状态II 时，C1和C2不会放电，电容器两极板间的电压保持不变.由时刻的uD和uA的值可知，此时.故有

         

                               

uD将随着uA的增大而增大.当uA=时，对应的时刻，uD =，与uB相等.以后uD要大于，D2要从截止变为导通，电路不再是状态II. 所以在到时间间隔内，uD、uB随t变化的图线如图4和图5中II4内的直线所示.

总结以上讨论，各时段起始时刻及和变化值如下表所示：

时  段

1

2

3

4

5

6

7

8

I1

II1

III1

II2

I2

II3

III2

II4

 

练习册系列答案
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T
2
2
R
3
1
T
2
1
R
3
2
T
2
2
R
3
1
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2
1
R
3
2
倍．
（2）将一单摆装置竖直悬挂于某一深度为h（未知）且开口向下的小筒中（单摆的下部分露于筒外），如图（甲）所示，将悬线拉离平衡位置一个小角度后由静止释放，设单摆振动过程中悬线不会碰到筒壁，如果本实验的长度测量工具只能测量出筒的下端口到摆球球心间的距离l，并通过改变l而测出对应的摆动周期T，再以T2为纵轴、l为横轴做出函数关系图象，就可以通过此图象得出小简的深度h和当地的重力加速度g．

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本实验所需的测量工具有
BD
BD
；
②如果实验中所得到的T2-l，关系图象如图（乙）所示，那么真正的图象应该是a，b，c中的
a
a
；
③由图象可知，小筒的深度h=
0.3
0.3
m；当地g=
9.86
9.86
m/s2
（3）影响物质材料电阻率的因素很多，一般金属材料的电阻率随温度的升高而增大，而半导体材料的电阻率则与之相反，随温度的升高而减少．某课题研究组需要研究某种导电材料的导电规律，他们用该种导电材料制作成电阻较小的线状元件Z做实验，测量元件Z中的电流随两端电压从零逐渐增大过程中的变化规律．
①他们应选用下图所示的哪个电路进行实验？答：
A
A


②实验测得元件z的电压与电流的关系如下表所示．根据表中数据，判断元件Z是金属材料还是半导体材料？答：
半导体
半导体
．
U（V） 0 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.50 1.60
I（A） 0 0.20 0.45 0.80 1.25 1.80 2.81 3.20
③把元件Z接入如图丙所示的电路中，当电阻R的阻值为R1=2Ω时，电流表的读数为1.25A；当电阻R的阻值为R2=3.6Ω时，电流表的读数为0.80A．结合上表数据，求出电源的电动势为
4.0
4.0
V，内阻为
0.40
0.40
Ω．（不计电流表的内阻，结果保留两位有效数字）
④用螺旋测微器测得线状元件Z的直径如图丁所示，则元件Z的直径是
1.990
1.990
  mm．
二极管是一种半导体元件，电路符号为“”，其特点是具有单向导电性，即电流从正极流入时电阻比较小，而从负极流入时电阻比较大．                
（1）某实验兴趣小组对某种晶体二极管的伏安特性曲线进行测绘．因二极管外壳所印的标识模糊，为判断正负极，用多用电表电阻挡测二极管的正反向电阻．将选择开关旋至合适倍率，调整欧姆零点后，将黑表笔接触二极管的左端、红表笔接触右端时，指针偏角比较小；再将红、黑表笔位置对调时，指针偏角比较大，由此判断
右
右
端为二极管的正极（选填“左”、“右”）．
（2）该小组利用如图1所示的电路图只对加正向电压时的伏安特性曲线进行了测绘，在实验中得到表一组U和I的数据：
序号 1 2 3 4 5 6 7
U/V 0 0.25 0.25 0.75 1.0 1.25 1.50
I/mA 0 5 20 42 80 140 300
请根据实验数据在图2中作出二极管的Ⅰ-U图象．从图线上可以看出，当通过二极管的电流逐渐增大时，二极管的正向阻值逐渐
减小
减小
（填“增大”、“不变”或“减小”）
（3）若把该二极管与电动势为1.5V、内阻为2.0Ω的直流电源和R=3Ω的电阻串联成如图3所示电路，则该二极管的实际功率约为
0.095
0.095
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（1）探究能力是物理学研究的重要能力之一，物体因绕轴转动而具有的动能叫转动动能，转动动能的大小与物体转动的角速度有关，为了研究砂轮的转动动能Ek与角速度ω的关系，某同学采用了下述实验方法进行探究：先让砂轮由动力带动匀速旋转测得其角速度ω，然后让砂轮脱离动力，由于克服转轴间摩擦力做功，砂轮最后停下，测出砂轮脱离动力到停止转动的圈数n，通过分析实验数据，得出结论．经实验测得的几组ω和n如下表所示：
ω/rad?s-1 0.5 1 2 3 4
n 5.0 20 80 180 320
Ek/J
另外已测得砂轮转轴的直径为1cm，转轴间的摩擦力为
10
π
N
①计算出砂轮每资助脱离动力的转动动能，并填入上表中精英家教网
②由上述数据推导出砂轮转动动能与角速度的关系式为
 

（2）应用《伏安法测电阻》时，由于电压表、电流表内阻的影响，使得测量结果存在着误差，而按图中所示的电路进行测量，则可以避免由电压表和电流表内阻所带来的误差．电流表和电压表的量程分别用0～0.6A和0～3V档．
①请在下列横线上简要写出还未完成的主要操作步骤，并用字母表达相应测量值
a．闭合开关S1、S2接2，调节Rp和R?p，使电压表和电流表的读数尽可能大，读出电流表和电压表读数I2、U2
b．保持Rp不变
 

②请推导出待测电阻Rx的表达式．
③用线把实物图按电路图连成测量电路，请将图中未连的线完成．

（25分）图1所示的电路具有把输人的交变电压变成直流电压并加以升压、输出的功能，称为整流倍压电路。

图中

       

                    图1

和是理想的、点接触型二极管（不考虑二极管的电容），

和是理想电容器，它们的电容都为C，初始时都不带电，G点接地。现在A、G间接上一交变电源，其电压，随时间t变化的图线如图2所示．试分别在图3和图4中准确地画出D点的电压和B点的电压在t＝0到t=2T时间间隔内随时间t变化的图线，T为交变电压的周期。

图2

                                          图3

                                      图4

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