會考物理靜力學圖像有哪些分析方法
在實驗中探究問題是新課標着力強化的能力與方法,當然也是會考命題的重要素材。信息題是新課標非常重視的題型。圖像信息題則往往承載着探究實驗的過程、方法和問題,要求學生分析出原理、結論,評估出方法的優劣、存在的問題、改進的方法等,屬於較高層次的要求。
應對這類題,首先要從圖像、數字和表頭等信息中推理、還原出物理過程,運用相應的物理手段,抓住實驗的物理本質,對照物理原理分析解題。例如:
1.小明同學在探究影響滑動摩擦力因素的實驗時,將數據記錄在了下表中。請據此在右圖中畫出G-Ff圖像。小明同學通過分析數據和圖像提供的信息,得出的實驗結論是:影響滑動摩擦力的因素是物體的重力。請你分析評估該同學實驗的結論和數據記錄中的問題。
解:在描繪圖像之前我們要先分析實驗數據,根據所給數據定好座標系的標度。由於鉤碼重力的最大值爲3.0牛頓,利用縱座標中16個小格中的15個小格,確定每個小格對應的刻度爲0.2牛頓。摩擦力Ff的最大值爲1.50牛頓,利用橫座標中的15個小格,每個小格對應的刻度爲0.1牛頓。然後,用根據描點法在座標系中確定五個點,用平滑的曲線連接這五個點並延長到橫座標爲零時,即可得到G-Ff圖像爲一條不過原點的直線(如圖1所示)。
仔細分析實驗數據和我們畫出的直線可以發現,縱座標是從0.90N到1.50N,致使我們所繪的圖線位於座標系的上半部分,爲了能夠充分利用整個座標系而使圖線更美觀一些,我們可以在總座標的刻度選取時不是從0到1.5N來分,而直接從0.9N開始,橫座標也相應地從1.0N到3.0N選取。所繪的圖線就過橫縱座標的交點,圖線也會佔據整個座標系。(如圖2所示)
由於滑動摩擦力的大小與壓力和接觸面的粗糙程度有關,所以小明同學得出的實驗結論是錯誤的。造成錯誤的原因是什麼呢?觀察圖像我們知道,所繪圖像並不過原點,與我們所知的正比關係產生了矛盾,仔細分析可以明白,在數據中小明記錄的是鉤碼的重力,但是木塊對桌面的.壓力並不只有鉤碼的重力,G鉤碼N,而應該還包括木塊自身的重力。即: N=G鉤碼+G木塊。
分析曲線的斜率k(如圖3所示),也就是直線與橫座標夾角的正切值,從直線上取兩個點(1.0,0.90)和(3.0,1.50),從而算出夾角的正切值爲:
k=tanA=__
=__=0.3
k是G與Ff的比例係數,表示接觸面的粗糙程度。
由於滑動摩擦力的大小與壓力和接觸面的粗糙程度成正比,運用物理中的直線方程知識y=kx,構建出G與Ff的關係式爲:Ff=kN,帶入前面計算出的k值得到Ff=0.3N,因此Ff=0.3(G鉤碼+G木塊),G木塊=--G鉤碼。帶入任意一組數據我們可以得到木塊的重力爲2牛頓。這樣,可以將數據記錄表修正爲:
實驗次數 1 2 3 4 5
鉤碼重力G/N 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
摩擦力Ff/N 0.90 1.05 1.20 1.35 1.50
實驗次數 1 2 3 4 5
壓力F/N 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0
摩擦力/N 0.90 1.05 1.20 1.35 1.50
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