在高中物理的学习中,电路是电磁学的基础部分,主要探讨电流如何在导体中流动以及电能如何转换和分配。2021版高考物理一轮复习的第八章聚焦于电路和电路的基本规律,旨在帮助学生深入理解电路的工作原理,为高考做好充分准备。这部分内容不仅包括基本的电路元件,如电阻、电源,还涉及到复杂电路的分析方法,特别是闭合电路欧姆定律的应用。
闭合电路欧姆定律是电路分析的核心,它指出,一个闭合电路中的电流I等于电源电动势E减去内阻上的电压降,再除以外电路总电阻R,即I = (E - Ir) / R。在这个问题中,电源的电势能E为6V,内阻不计,意味着所有电势能都用于驱动外电路的电流。
二极管是一种重要的半导体器件,具有单向导电性。其工作特性可以通过ID-UD特性曲线来描述,即电流ID与电压UD之间的关系。在题目中,当电阻R为1kΩ(1000Ω)时,我们需要结合二极管的特性曲线来确定通过二极管的电流ID和二极管两端的电压UD。
根据题目给出的二极管ID-UD曲线,可以找到对应条件下电流和电压的值。通过将闭合电路欧姆定律的表达式ID = (E - UD) / R与二极管的特性曲线相结合,我们可以求解出ID和UD的数值。在这个例子中,我们得到ID = -UD + 6,并找到曲线的交点,得出UD = 4V,ID = 2mA。这意味着通过二极管的电流约为2毫安。
接下来,我们需要计算电阻R消耗的功率P,这可以通过公式P = I^2 * R计算得出。已知I = 2mA(即2 × 10^-3 A),R = 1kΩ,代入公式得到P = (2 × 10^-3)^2 * 1kΩ = 4 × 10^-3 W。因此,电阻R消耗的功率约为4毫瓦。
这个练习题旨在训练学生的分析能力和实际应用知识解决问题的能力。通过这样的习题,学生不仅可以巩固闭合电路欧姆定律的理解,还能学会如何结合二极管的特性曲线进行电路分析,从而提升对电路基本规律的掌握。同时,计算电阻消耗的功率也涉及到了能量转换和功率的概念,这些对于理解和解答更复杂的电路问题至关重要。在高考中,这类问题的出现能够全面考察学生的理论知识和实际应用技巧。