应用物理图象揭示物理规律

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1、应用物理图象揭示物理规律物理图象中的图线能表示一个物理过程的发展变化情况，表示出一个变化过程中各物理量间的相互制约的函数关系。结合物理图象及物理规律、分析物理过程、解答物理习题，可以使我们对物理规律得到清晰的认识，找到简便而可靠的表示方法，掌握图象知识的应用，也是发展学习能力，提高学生物理素质的一个重要方面。一、利用图象研究物理规律在直流电路中，电源的输出功率P出＝UI，与电源的功率及内阻有密切联系，我们可以利用图象把它们之间的联系直观地表示出来，如图（l）所示。图中是以电流I作自变量。由于电动势E和内阻r均为恒量，因而P源=EI为过原点的一条

2、的直线，P内=rI2为二次曲线，这两者之差为电源输出功率P出＝P源-P出为一条抛物线，电源输出的功率随电流而变化的情况便一目了然。当然，电流变化是由电路中电动势和总电阻决定的。根据欧姆定律，不难求得与I。、I。/2所对应的总电阻分别为为r与2r。显然电源输出最大功率时，外电阻与内电阻相等。由囹还可以直观地看到，当外电阻R＞r时，电源输出功率随外电阻R的增大而减小；当R＜r时，电源输出功率随外电阻R的增大而增大。在证明做加速度为a的匀变速运动的物体。在各个连续相等时间T内位移分别是S1、S2、S3…Sn。则有△s=S2-S1=S3-S2…=Sn-

3、Sn-1．一般资料介绍为应用位移和速度公式进行运算证明。若应用物理图象，可以把该关系方便直观地表示出来。物体作加速度为a的直线运动，其v—t图象为一斜率为a的直线，在各个时间段内的位移分别是S1、S2、S3…如图（2）所示，正确作V-t图象后，容易看到△s=S2-S1=S3-S2…=Sn-Sn-1＝aT2表现为图（2）所示的阴影部分的面积一目了然，容易理解、记忆。二、利用图象表现物理规律如图（3）所示，质量为m的小球从高H的地方沿斜面由静止开始下滑。然后进入半径为R的竖直放置的圆环轨道运动。H=5R/2，不计摩擦写出小球对圆环轨道的压力N随高度

4、变化的规律，本题应用牛顿第二定律和机械能守恒定律及几何知识可得到小球对轨道的压力N=3mgh/R+6mg,N为H的一次涵数，h的取值范围为[0,2R],则N的取值范围为[6mg,0],把其画N一h图象，如上页图（4）所示，则N随h变化的规律性，能直观又明确的表示出来，把貌似复杂的问题所遵从的规律表现的清清楚楚，能给我们留下深刻印象。三、利用图象定性了解物理规律例题：在有空气阻力的情况下以初速V1竖直向上抛一物体，经过时间t1到达最高点，又经过时间t2，物体由最高点落回到抛出点这时物体的速度为V2，则V2与V1的关系如何?解:在空气阻力做功的情况

5、下，物体的机械能减少了，所以V2＜Vl，且不管向上还是向下运动均为匀变速运动。其运动的V－t图象如图（5）所示，t2阶段因阻力向上作用,物体加速度值比上升的小，故图线平缓些。上升与下落通过的是相同的距离，所以所包围的面积S1、S2。大小相等,比较两三角形，在V2＜V1；，S2与S1。的前提下，必然t2＞tl，如图（5）。四、利用图象分析实验误差情况应用图象对实验进行直观分析，帮助我们了解实验装置产生的误差原因，改进实验方法。例如用伏安法测电源电动势和内阻，没有考虑安培表和伏特表的内阻而造成的误差，试分析用图（6）、图（7）所示测量电源电动势、电

6、池内阻的测量。图（6）图（7）值与真实值大小的关系用图（6）所示电路测量时，伏特表的示数为路端电压，安培表的示数为通过电阻R的电流，它和干路电流I之间的差值是通过伏特表的电流Iv通过多次测量作出如图（8）中的实线，此实线的延长线和纵轴的交点为电动势的测量值ε，和横轴的交点为短路电流I0。则电池的内电阻为r＝tgx＝E／I。，由于在实验时有电流通过伏特表，这就造成干路电流测量的误差。没路端电压为U时通过伏特表的电流为Iv1；，路端电压为Uz时，通过伏特表的电流为IVz，则：IV1＝U1/RvIV2＝U2/Rv当U1＞Uz时，Iv1＞IVz，将这一

7、结果在图（8）中作出数据修正，可画出图（8）中倾斜虚线所示的U－I图线，该直线和纵轴的交点ε。为电源电动势的准确值。比较两斜线可知，用此法测量电源的电动势和内阻均偏小。用图（7）所示电路测量时，安培表示数为干路电流，伏特表示数为电阻R两端的电压，它比路端电压小，一个安培表两端的电压Ug。依据测量数据作出图（9）中的实线可得电动势和内阻的测量值r＝E／I。当通过干路的电流为I1时，安培表二端的电压为Ug1。当通过干路电流为时I2，安培表二端电压为Ug2若I1＜I2，则：Ug1＜Ug2。当干路电流趋近于零时，Ug1也趋近于零。将这一测量误差在图（9

8、）中作出修正，可得到图（9）中虚线所示的U－I图线，该斜线和纵轴的交点ε为电源电动势的ε，而斜率小于实线的斜率。所以用图（7）测量电源的电动势ε和内阻