高中物理电学实验图像分析

高中物理电学实验图像分析高中物理电学实验以其灵活性、多样性而著称,是历年高考的一个重点,几乎年年出现。然而在处理电学实验数据的过程中,由于方程复杂,计算量较大,往往通过图像来处理,从而简化了分析结果。那么,对于电学实验的图像主要有两个，第一个小灯泡的伏安特性曲线，第二个测量电源的电动势和内阻，如何进行分析,笔者认为可从以下几个方面入手。1.图像坐标轴的物理含义

图像的坐标轴通常代表两个不同的物理量,而坐标轴内的图像则反映了这两个物理量之间的物理关系。因此,认识某一图像时,首先应该明确坐标轴表示的是哪一个物理量,从而得出图像揭示的物理量之间的关系,然后根据图像的形状确定物理量的变化规律。

2图像斜率的物理含义

在许多的电学实验图像中,图像的斜率通常跟某一物理量相对应,图像的斜率大小常常反映这个物理量的数值,对于较复杂的实验,其斜率也可能是几个物理量共同决定的数值。分析此类问题,要求熟练记好一些常见图像的斜率含义,充分联系物理和数学知识共同解决。

3图像截距的物理含义

在分析电学实验图像时,若发现图像不过原点,而是与两坐标轴相交,那么要从物理图像与坐标轴的交点的物理含义来分析。

4图像面积的物理含义

除了图像的坐标轴、斜率、截距等具有重要的物理含义外,在一些图像中,图像下覆盖的面积也常常与某个物理量相对应,(类似于运动学中v-t图像,图像下覆盖的“面积”表示质点通过的位移)对这类看似复杂的问题一定要认真分析比较,找出面积所代表的物理含义,常能使问题简单化明了。

5图像交点的物理含义

在试验中,有时在同一坐标系上同时做出多条图线。对于这种情况,除了要理解各图线的含义外,还要知道它们交点的含义。实验1.测量电源的电动势和内阻，根据全电路欧姆定律，有①，其中E表示电源的电动势，U表示电源的路端电压，I表示闭合电路中的电流，r表示电源的内阻。根据课程标准教科书，实验：测电源的电动势和内电阻可用三种方法：方法1.伏安法①式可变为，改变电路的外电阻R，测出一系列的I和U值，作出U-I图象。图象在U轴上的截距即为电源的电动势，直线的斜率即为内阻的负值。此方法叫伏安法，用伏特表和安培表。方法2.安阻法①式可变为，或，改变电路的外电阻R，测出一系列的I和R值，作出R-1/I图象。图象在R轴上的截距即为电源的内阻，直线的斜率即电源的电动势E。此方法叫安阻法，用安培表和电阻箱。方法3.伏阻法①式可变为，或，改变电路的外电阻R，测出一系列的U值，作出图象。图象在轴上的截距的倒数即为电源电动势，直线的斜率与截距的倒数乘积即为电源的内阻。此方法叫伏阻法，用伏特表和电阻箱。基础实验是伏安法。安阻法和伏阻法是在伏安法实验的基础上的提高。2.误差分析（1）伏安法之内接法误区1.如图3所示，考虑电流表和电压表对电路的影响，如图线1，得真实值；不考虑电流表和电压表对电路的影响，如图线2，得测量值。从图象可以看出，图线2与图线1的截距相等，而斜率大，所以，。图3错误原因：不论是否考虑电流表和电压表对电路的影响，从实验用描点法得到的图线应该是一样的。造成错误的原因可能是没有做实验，而根据结果编写的。正确的做法：只可能有一个图象。如图4。图4不考虑电流表和电压表对电路的影响，有得：，图象在U轴上的截距即为电源的电动势，直线的斜率即为内阻的负值，得测量值；考虑电流表和电压表对电路的影响，有得：，图象在U轴上的截距即为电源的电动势，直线的斜率即为电池内阻与电流表内阻的和的负值，得真实值。所以，并且,。（2）伏安法之外接法误区2.如图5所示，考虑电流表和电压表对电路的影响，如图线1，得真实值；不考虑电流表和电压表对电路的影响，如图线2，得测量值。从图象可以看出，图线2比图线1的截距大，而斜率也大，所以，。图5错误原因：不论是否考虑电流表和电压表对电路的影响，从实验用描点法得到的图线应该是一样的。造成错误的原因可能是没有做实验，而编写的，这次编错了，结果不正确。正确的做法：只可能有一个图象，如图6。但测量值与真实值依据的公式不同，所得的结果不同。图6不考虑电流表和电压表对电路的影响，有得：