高中物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)圖像分析

高中物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)圖像分析高中物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)以其靈活性、多樣性而著稱,是歷年高考的一個(gè)重點(diǎn),幾乎年年出現(xiàn)。然而在處理電學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的過程中,由于方程復(fù)雜,計(jì)算量較大,往往通過圖像來處理,從而簡化了分析結(jié)果。那么,對于電學(xué)實(shí)驗(yàn)的圖像主要有兩個(gè)，第一個(gè)小燈泡的伏安特性曲線，第二個(gè)測量電源的電動(dòng)勢和內(nèi)阻，如何進(jìn)行分析,筆者認(rèn)為可從以下幾個(gè)方面入手。1.圖像坐標(biāo)軸的物理含義

圖像的坐標(biāo)軸通常代表兩個(gè)不同的物理量,而坐標(biāo)軸內(nèi)的圖像則反映了這兩個(gè)物理量之間的物理關(guān)系。因此,認(rèn)識(shí)某一圖像時(shí),首先應(yīng)該明確坐標(biāo)軸表示的是哪一個(gè)物理量,從而得出圖像揭示的物理量之間的關(guān)系,然后根據(jù)圖像的形狀確定物理量的變化規(guī)律。

2圖像斜率的物理含義

在許多的電學(xué)實(shí)驗(yàn)圖像中,圖像的斜率通常跟某一物理量相對應(yīng),圖像的斜率大小常常反映這個(gè)物理量的數(shù)值,對于較復(fù)雜的實(shí)驗(yàn),其斜率也可能是幾個(gè)物理量共同決定的數(shù)值。分析此類問題,要求熟練記好一些常見圖像的斜率含義,充分聯(lián)系物理和數(shù)學(xué)知識(shí)共同解決。

3圖像截距的物理含義

在分析電學(xué)實(shí)驗(yàn)圖像時(shí),若發(fā)現(xiàn)圖像不過原點(diǎn),而是與兩坐標(biāo)軸相交,那么要從物理圖像與坐標(biāo)軸的交點(diǎn)的物理含義來分析。

4圖像面積的物理含義

除了圖像的坐標(biāo)軸、斜率、截距等具有重要的物理含義外,在一些圖像中,圖像下覆蓋的面積也常常與某個(gè)物理量相對應(yīng),(類似于運(yùn)動(dòng)學(xué)中v-t圖像,圖像下覆蓋的“面積”表示質(zhì)點(diǎn)通過的位移)對這類看似復(fù)雜的問題一定要認(rèn)真分析比較,找出面積所代表的物理含義,常能使問題簡單化明了。

5圖像交點(diǎn)的物理含義

在試驗(yàn)中,有時(shí)在同一坐標(biāo)系上同時(shí)做出多條圖線。對于這種情況,除了要理解各圖線的含義外,還要知道它們交點(diǎn)的含義。實(shí)驗(yàn)1.測量電源的電動(dòng)勢和內(nèi)阻，根據(jù)全電路歐姆定律，有①，其中E表示電源的電動(dòng)勢，U表示電源的路端電壓，I表示閉合電路中的電流，r表示電源的內(nèi)阻。根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)教科書，實(shí)驗(yàn)：測電源的電動(dòng)勢和內(nèi)電阻可用三種方法：方法1.伏安法①式可變?yōu)椋淖冸娐返耐怆娮鑂，測出一系列的I和U值，作出U-I圖象。圖象在U軸上的截距即為電源的電動(dòng)勢，直線的斜率即為內(nèi)阻的負(fù)值。此方法叫伏安法，用伏特表和安培表。方法2.安阻法①式可變?yōu)?，或，改變電路的外電阻R，測出一系列的I和R值，作出R-1/I圖象。圖象在R軸上的截距即為電源的內(nèi)阻，直線的斜率即電源的電動(dòng)勢E。此方法叫安阻法，用安培表和電阻箱。方法3.伏阻法①式可變?yōu)椋颍淖冸娐返耐怆娮鑂，測出一系列的U值，作出圖象。圖象在軸上的截距的倒數(shù)即為電源電動(dòng)勢，直線的斜率與截距的倒數(shù)乘積即為電源的內(nèi)阻。此方法叫伏阻法，用伏特表和電阻箱。基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)是伏安法。安阻法和伏阻法是在伏安法實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上的提高。2.誤差分析（1）伏安法之內(nèi)接法誤區(qū)1.如圖3所示，考慮電流表和電壓表對電路的影響，如圖線1，得真實(shí)值；不考慮電流表和電壓表對電路的影響，如圖線2，得測量值。從圖象可以看出，圖線2與圖線1的截距相等，而斜率大，所以，。圖3錯(cuò)誤原因：不論是否考慮電流表和電壓表對電路的影響，從實(shí)驗(yàn)用描點(diǎn)法得到的圖線應(yīng)該是一樣的。造成錯(cuò)誤的原因可能是沒有做實(shí)驗(yàn)，而根據(jù)結(jié)果編寫的。正確的做法：只可能有一個(gè)圖象。如圖4。圖4不考慮電流表和電壓表對電路的影響，有得：，圖象在U軸上的截距即為電源的電動(dòng)勢，直線的斜率即為內(nèi)阻的負(fù)值，得測量值；考慮電流表和電壓表對電路的影響，有得：，圖象在U軸上的截距即為電源的電動(dòng)勢，直線的斜率即為電池內(nèi)阻與電流表內(nèi)阻的和的負(fù)值，得真實(shí)值。所以，并且,。（2）伏安法之外接法誤區(qū)2.如圖5所示，考慮電流表和電壓表對電路的影響，如圖線1，得真實(shí)值；不考慮電流表和電壓表對電路的影響，如圖線2，得測量值。從圖象可以看出，圖線2比圖線1的截距大，而斜率也大，所以，。圖5錯(cuò)誤原因：不論是否考慮電流表和電壓表對電路的影響，從實(shí)驗(yàn)用描點(diǎn)法得到的圖線應(yīng)該是一樣的。造成錯(cuò)誤的原因可能是沒有做實(shí)驗(yàn)，而編寫的，這次編錯(cuò)了，結(jié)果不正確。正確的做法：只可能有一個(gè)圖象，如圖6。但測量值與真實(shí)值依據(jù)的公式不同，所得的結(jié)果不同。圖6不考慮電流表和電壓表對電路的影響，有得：