高考物理實(shí)驗(yàn)題用圖象處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

1、高考物理實(shí)驗(yàn)題用圖象處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)1、根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制圖象（1）合理選取坐標(biāo)軸在選取坐標(biāo)軸時(shí)，應(yīng)盡可能做到“化曲為直”，因?yàn)橹本€(xiàn)比曲線(xiàn)更能直觀地反映物理規(guī)律。例如作圖、圖比作 am圖、 pv圖更能直觀地反映規(guī)律。（2）合理選取坐標(biāo)原點(diǎn)和標(biāo)度選取標(biāo)度時(shí)，應(yīng)盡量使圖象美觀大方，圖線(xiàn)切忌過(guò)于平坦或陡峭。坐標(biāo)原點(diǎn)不一定是數(shù)據(jù)零點(diǎn)，應(yīng)盡量使圖象能占據(jù)坐標(biāo)紙的大部分空間，這樣能使圖象更精確。例如測(cè)定電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，作ui 圖時(shí)坐標(biāo)軸的原點(diǎn)不是電壓值的零點(diǎn)。（3）準(zhǔn)確連線(xiàn)繪圖描出各數(shù)據(jù)點(diǎn)后，要用一條光滑的曲線(xiàn)把它們連接起來(lái)。由于測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)誤差甚至錯(cuò)誤，為此應(yīng)根據(jù)大多數(shù)測(cè)量數(shù)據(jù)點(diǎn)的分布畫(huà)出平滑的曲線(xiàn)

2、，盡可能使數(shù)據(jù)點(diǎn)在圖線(xiàn)上，或均勻地分布在圖線(xiàn)兩側(cè)。若個(gè)別數(shù)據(jù)點(diǎn)偏離圖象較遠(yuǎn)，說(shuō)明該數(shù)據(jù)有差錯(cuò)，應(yīng)舍棄不用。例 1 表格中所列數(shù)據(jù)是測(cè)量小燈泡ui 關(guān)系的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：u（v）0.0 0.2 0.5 1.0 i （a）0.000 0.050 0.100 0.150 u（v）1.5 2.0 2.5 3.0 i （a）0.180 0.195 0.205 0.215 分析上表內(nèi)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，應(yīng)選用的實(shí)驗(yàn)電路圖是圖1_ （填“甲”或 “乙”） ；圖 1 在圖 2 中畫(huà)出小燈泡的ui 曲線(xiàn)。分析曲線(xiàn)可知小燈泡的電阻隨i 變大而_（填“變大”、“變小”或“不變”）圖 2 如圖 1 丙所示，用一個(gè)定值電阻r和兩個(gè)

3、上述小燈泡組成串并聯(lián)電路，連接到內(nèi)阻不計(jì)、電動(dòng)勢(shì)為3v的電源上。已知流過(guò)電阻r的電流是流過(guò)燈泡b 電流的兩倍，則流過(guò)燈泡 b 的電流約為 _a。分析圖 1 甲電路中變阻器采用分壓接法，可以使燈泡獲得從零開(kāi)始變化的電壓，符合圖中數(shù)據(jù)的要求。故選用圖1 甲的電路。將表中數(shù)據(jù)逐一描點(diǎn)后用平滑曲線(xiàn)連接，發(fā)現(xiàn)隨電流i 的增大，曲線(xiàn)變陡峭（如圖 3），說(shuō)明電阻隨i 變大而變大。圖 3 根據(jù)題意有，從所作曲線(xiàn)可以查出因此流過(guò)燈泡b 的電流約為0.070a 。該問(wèn)若不用圖象來(lái)解，計(jì)算將很復(fù)雜，甚至無(wú)法求解。2、根據(jù)圖象特征獲取信息（1）從斜率獲取信息圖象上某點(diǎn)切線(xiàn)的斜率一般表示某個(gè)物理量，如st 圖中斜率表示

4、速度，vt 圖中斜率表示加速度。有的斜率雖不能代表某個(gè)物理量，但也可以間接地通過(guò)它求出某個(gè)物理量，如在單擺測(cè)重力加速度實(shí)驗(yàn)中作l圖，其斜率。利用此斜率可求出g，有效地減小偶然誤差的影響。例 2 某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)如圖4 所示的實(shí)驗(yàn)電路，用以測(cè)定電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，使用的實(shí)驗(yàn)器材為：待測(cè)干電池組（電動(dòng)勢(shì)約3v）、電流表（量程0.6a ，內(nèi)阻小于1）、電阻箱（ 099.99 ）、滑動(dòng)變阻器（010）、單刀雙擲開(kāi)關(guān)和單刀單擲開(kāi)關(guān)各一個(gè)及導(dǎo)線(xiàn)若干?？紤]到干電池的內(nèi)阻較小，電流表的內(nèi)阻不能忽略。圖 4 該同學(xué)按圖4 連線(xiàn)，通過(guò)控制開(kāi)關(guān)狀態(tài)，測(cè)得電流表內(nèi)阻約為0.20 。試分析該測(cè)量產(chǎn)生誤差的原因是_ ；簡(jiǎn)要

5、寫(xiě)出利用圖4 所示電路測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)步驟：a. _ ； b. _ ；圖 5 是由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出的圖象，由此求出待測(cè)干電池組的電動(dòng)勢(shì)e=_v、內(nèi)阻 r=_ 。（計(jì)算結(jié)果保留三位有效數(shù)字）圖 5 分析該題融合了半偏法測(cè)電流表內(nèi)阻與測(cè)定電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻兩個(gè)實(shí)驗(yàn)于同一個(gè)電路之中。接通k、c，測(cè)電流表內(nèi)阻；斷開(kāi)k，接通 d，測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。測(cè)電流表內(nèi)阻產(chǎn)生誤差的主要原因是：滿(mǎn)偏時(shí)滑動(dòng)變阻器阻值與電流表阻值之比偏低；電阻箱的阻值不能連續(xù)調(diào)節(jié)。測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)步驟是：a. 斷開(kāi) k，將 r旋至最大值，s 擲向 d；b. 調(diào)小 r直到電流表指針有足夠偏轉(zhuǎn)，改變r(jià)值測(cè)幾組i 隨 r變化的

6、數(shù)據(jù)。測(cè)量電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，常見(jiàn)的是ui 圖，而這里出現(xiàn)的是圖。由得，因此圖線(xiàn)斜率表示，截距為。計(jì)算圖線(xiàn)的斜率便可得出電源電動(dòng)勢(shì)e=2.86v，由截距及電動(dòng)勢(shì)可得內(nèi)阻r=2.37 。（2）從面積獲取信息圖線(xiàn)與橫軸所圍的面積表示該圖象的縱坐標(biāo)變量對(duì)橫坐標(biāo)變量的積分累加值。如vt 圖象的面積表示位移，fs 圖象的面積表示力f 對(duì)質(zhì)點(diǎn)做功，f t 圖象的面積表示力 f 的沖量， pv圖象的面積表示氣體對(duì)外界（外界對(duì)氣體）所做的功等。因此，以可積累變量為縱坐標(biāo)變量時(shí)，應(yīng)注意其圖象面積的內(nèi)涵。例 3 測(cè)量電容器的電容電路如圖6 所示。實(shí)驗(yàn)器材有帶數(shù)字顯示的學(xué)生直流穩(wěn)壓電源、秒表、待測(cè)電容、電阻（ 10k）、

7、量程1ma的電流表，還有開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線(xiàn)若干。首先閉合開(kāi)關(guān)，給電容器充電，然后斷開(kāi)開(kāi)關(guān)使電容器開(kāi)始放電。在斷開(kāi)開(kāi)關(guān)的同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，實(shí)驗(yàn)時(shí)直流穩(wěn)壓電源的示數(shù)是10v，測(cè)得電容器放電的時(shí)間和電流的關(guān)系如下表所示。求電容器的電容。圖 6 電容器放電時(shí)間與電流關(guān)系t0 5 10 15 20 25 30 35 45 55 (s) i(ma) 0.94 0.60 0.40 0.25 0.15 0.10 0.07 0.04 0.02 0.01 分析先根據(jù)表中數(shù)據(jù)在i t 圖中描點(diǎn)， 再用光滑曲線(xiàn)把它們依次連接起來(lái)，圖線(xiàn)和橫軸所圍的面積就是電容器總放電量，即為原來(lái)電容器的帶電量。圖7 中每小格面積的電量相當(dāng)于，數(shù)得

8、小方格共有20 個(gè)，所以。再由電容的定義式得。圖 7 （3）從截距獲取信息截距能反映某些特定狀態(tài)量，如 st 圖中截距表示物體運(yùn)動(dòng)的初始位置，在測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的ui 圖中截距表示電源的電動(dòng)勢(shì)。利用截距也能獲得未經(jīng)測(cè)量或無(wú)法直接測(cè)量的物理量。例如，“驗(yàn)證牛頓第二定律”實(shí)驗(yàn)中的af 圖，倘若圖線(xiàn)未經(jīng)過(guò)原點(diǎn)，則可以定量地判斷出實(shí)驗(yàn)的錯(cuò)誤根源，如沒(méi)有平衡摩擦力或是平衡摩擦力時(shí)長(zhǎng)木板的傾角過(guò)大等等。例 4 一同學(xué)用圖8 裝置研究一定質(zhì)量氣體的壓強(qiáng)與體積的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中溫度保持不變。最初u形管兩臂中的水銀面齊平，燒瓶中無(wú)水。當(dāng)用注射器往燒瓶中注入水時(shí)，u形管兩臂中的水銀面出現(xiàn)高度差。實(shí)驗(yàn)的部分?jǐn)?shù)據(jù)

9、記錄在下表。圖 8 氣體體積 v（ml ）800 674 600 531 500 水銀面高度差0 14.0 25.0 38.0 45.0 根據(jù)表中數(shù)據(jù)，在圖9 中畫(huà)出該實(shí)驗(yàn)的關(guān)系圖線(xiàn)；圖 9 實(shí)驗(yàn)時(shí)，大氣壓強(qiáng)_。分析：以燒瓶中的氣體為研究對(duì)象，由于溫度保持不變，設(shè)當(dāng)瓶中氣體體積為v 時(shí)，水銀高度差為h，由玻意耳定律有，故，因此圖中的截距為，由圖 10 中截距得到大氣壓強(qiáng)為75.0cmhg。圖 10 （4）從交點(diǎn)獲取信息兩圖線(xiàn)相交說(shuō)明這兩個(gè)變量在相交處有共同的特征，如 vt 圖中交點(diǎn)代表兩物體在該時(shí)刻速度剛好相等。下例中燈泡的伏安特性曲線(xiàn)與電源路端電壓電流曲線(xiàn)的交點(diǎn)反映出小燈泡的工作狀態(tài)，交點(diǎn)處的電壓為燈泡在該電源下的工作電壓，交點(diǎn)處的電流為燈泡工作電流。例 5 小燈泡燈絲的電阻會(huì)隨溫度的升高而變大，某同學(xué)為研究這一現(xiàn)象，用實(shí)驗(yàn)得到如下數(shù)據(jù)（i 和 u分別表示小燈泡上的電流和電壓）：i （a）0.12 0.21 0.29 0.34 0.38 0.42 0.45 0.47 0.49 0.50 u （v）0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00 畫(huà)出實(shí)驗(yàn)電路圖，可用的器材有：電壓表、電流表、滑動(dòng)變阻器（變化范圍010）、電源、小燈泡、開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線(xiàn)若干；畫(huà)出小燈泡的ui 曲線(xiàn)；將小燈泡接在電動(dòng)勢(shì)是1.5