圖像法在電學(xué)實驗中的考察

　　摘要：隨著新課標(biāo)的逐步實行、研究性學(xué)習(xí)的深入開展、物理教學(xué)中DIS的應(yīng)用及其它現(xiàn)代教育技術(shù)的推廣，物理學(xué)科對學(xué)生的能力培養(yǎng)、評價方式，特別是高考能力要求的轉(zhuǎn)變，使近年高考圖像題出現(xiàn)的頻率較高、要求加深。由于圖像法解題具有簡明、快捷、準(zhǔn)確等優(yōu)點，所以有關(guān)以圖像及其運用為背景的命題，成為歷屆高考考查的熱點。
　　關(guān)鍵詞：高考題；圖像法；電學(xué)實驗；讀圖；作圖；用圖
　　中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148(2011)7(S)-0053-3
　　
　　圖像試題的設(shè)計意圖明顯由“注重由圖像獲取信息、對狀態(tài)的判斷”轉(zhuǎn)化為“注重對過程的理解和處理”、“注重對實驗數(shù)據(jù)的分析及得出結(jié)論”、“注重用數(shù)形結(jié)合的思想進(jìn)行邏輯推理、分析、評價”。利用物理圖像分析物理實驗，這不僅可以避免繁雜的計算，較快地找出物理的發(fā)展規(guī)律或需求物理量，也可用來定性地分析誤差。因此我將2010年高考電學(xué)實驗題中考查的圖像問題歸類整理。希望對大家有所幫助。
　　在實驗題中一般從三個角度考察學(xué)生應(yīng)用圖像的能力。即：讀圖能力、作圖能力、用圖分析能力。
　　1 讀圖能力的考察
　　例1（安徽卷） 21．Ⅱ．太陽能是一種清潔、“綠色”能源。在我國上海舉辦的2010年世博會上，大量利用了太陽能電池。太陽能電池在有光照時，可以將光能轉(zhuǎn)化為電能，在沒有光照時，可以視為一個電學(xué)器件。某實驗小組根據(jù)測繪小燈泡伏安特性曲線的實驗方法，探究一個太陽能電池在沒有光照時（沒有儲存電能）的IU特性。所用的器材包括：太陽能電池，電源E，電流表A，電壓表V，滑動變阻器R，開關(guān)S及導(dǎo)線若干。
　?。?）為了達(dá)到上述目的，請將圖1連成一個完整的實驗電路圖。
　?。?）該實驗小組根據(jù)實驗得到的數(shù)據(jù)，描點繪出了如圖2的IU圖像。由圖可知，當(dāng)電壓小于2.00V時，太陽能電池的電阻______（填“很大”或“很小”）；當(dāng)電壓為2.80V時，太陽能電池的電阻約為______Ω。
　　答案 （1）如圖3所示；（2）很大；1.0×103（965～1040）。
　　點評 該題根據(jù)測繪小燈泡伏安特性曲線的實驗方法，探究一個太陽能電池在沒有光照時（沒有儲存電能）的IU特性。該題在教材中測繪小燈泡伏安特性曲線的實驗的基礎(chǔ)上稍作變化，要求正確解讀該IU圖像，并從圖中讀出電池內(nèi)阻與圖像的關(guān)系。
　　2 作圖能力的考察
　　例2（浙江卷） 21.Ⅱ.在“描繪小燈泡的伏安特性曲線”的實驗中，某同學(xué)測得電流電壓的數(shù)據(jù)如表1所示：
　　（1）用上表數(shù)據(jù)描繪電壓隨電流的變化曲線；
　　（2）為了探究燈絲電阻與溫度的關(guān)系，已作出電阻隨電流的變化曲線如圖4所示：請指出圖線的特征，并解釋形成的原因。
　　
　　答案 Ⅱ.（1）如圖5所示。
　　
　?。?）電阻隨電流增大；
　　存在三個區(qū)間，電阻隨電流的變化快慢不同；
　　第一區(qū)間電流很小時，電阻變化不大；第二區(qū)間燈絲溫度升高快，電阻增大快；第三區(qū)間部分電能轉(zhuǎn)化為光能，燈絲溫度升高變慢，電阻增大也變慢。
　　點評 該題要求學(xué)生能利用題中信息描點，連線，能畫出一條平滑的曲線。此外，該題第二問，要求學(xué)生能準(zhǔn)確恰當(dāng)?shù)孛枋鰣D線給出的信息，并理解該信息。既考察了學(xué)生的作圖能力，又考察了學(xué)生的讀圖能力，并能準(zhǔn)確理解圖像含義。考察較全面。
　　3 用圖分析能力的考察
　　例3（重慶卷） 22.（2）分別測得兩只燈泡L1和L2的伏安特性曲線，如圖7中Ⅰ和Ⅱ所示。然后將燈泡L1、L2與電池組（電動勢和內(nèi)阻均恒定）連成圖6所示電路。多次測量后得到通過L1和L2的電流平均值分別為0.30A和0.60A。
　　A.在圖7中畫出電池組路端電壓U和電流I的關(guān)系曲線。
　　B.由該曲線可知電池組的電動勢為____V，內(nèi)阻為______Ω。（取2位有效數(shù)字）
　　答案 A.如圖8所示。
　　B.4.6V，2.7Ω。
　　解析 ③描繪電源的伏安特性曲線要求外電阻變化測定對應(yīng)的多組路端電壓和電流，本實驗中用兩個小燈泡來改變外電阻獲得兩組電流值，然后在小燈泡的伏安特性曲線上查出對應(yīng)的電壓，用兩個坐標(biāo)點描繪圖像。為描繪準(zhǔn)確可以先進(jìn)行理論計算，首先查出兩坐標(biāo)為（0.30A，3.8V）和（0.60A，3.0V），然后連接該兩點即電池組路端電壓U和電流I的關(guān)系曲線。由U=E-Ir知電池組U和電流I的關(guān)系曲線的縱軸截距為電池組電動勢4.6V，斜率絕對值為電池組內(nèi)阻為2.7Ω。
　　點評 該題考察同學(xué)們對部分電路UI圖像與閉合電路UI圖像的區(qū)別與聯(lián)系，理解閉合電路UI圖像，并利用圖像的截距與斜率的物理意義得出電池的電動勢E與內(nèi)阻r。難度：較難。
　　例4（江蘇卷） 10、在測量電源的電動勢和內(nèi)阻的實驗中，由于所用的電壓表（視為理想電壓表）的量程較小，某同學(xué)涉及了如圖9所示的實物電路。
　?。?）根據(jù)實驗數(shù)據(jù)描點，繪出的1UR圖像是一條直線。若直線的斜率為k，在1U坐標(biāo)軸上的截距為b，則該電源的電動勢E=________，內(nèi)阻r=______（用k、b和R0表示）。
　　答案 （3）1kR0;bk-R0
　　解析 (3) 電流I=UR0，E=I(R+R0+r)，得1U=1ER0R+1E+rER0，1UR圖像的斜率k=1ER0，截距b=1E+rER0，所以電動勢E=1kR0，內(nèi)阻r=bk-R0
　　點評 該題是用伏阻法測電源的電動勢和內(nèi)阻，本題雖然沒有出現(xiàn)圖像，但利用了閉合電路1UR圖像的意義，并根據(jù)圖像求物理量。難度：較難。
　　高中物理圖像是數(shù)與形相結(jié)合的產(chǎn)物，圖像題目是高考熱點。在課堂教學(xué)中，教師要有意識的培養(yǎng)學(xué)生利用圖像法解決物理問題的能力，加強作圖方法指導(dǎo)，除了要求學(xué)生掌握實驗原理，也要引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會用公式與圖像兩種方法同時研究同一物理現(xiàn)象，并能用圖像法處理實驗數(shù)據(jù)，通過作圖理解意義，這符合新課程標(biāo)準(zhǔn)和培養(yǎng)目標(biāo)的要求，體現(xiàn)了高考題的引導(dǎo)作用。
　　參考文獻(xiàn):
　?。?］2010年各地高考題
　　(欄目編輯王柏廬)