运用图像解答物理问题

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  物理图像能形象地表达物理规律、直观地描述物理过程、清晰地反映物理量间的函数关系。用图像法解题不但快速、准确,而且可以避免繁杂的中间运算过程,甚至还可以解决用解析法无法解决的问题。
  一、运用题目给定的图像解答物理问题
  在运用题目给定的图像解答物理问题时,首先要做到:1.看清坐标轴所表示的物理量以及物理量的单位,明确因变量(纵轴表示的量)与自变量(横轴表示的量)的制约关系;2.看图线本身,注意观察图像中的图线是直线、曲线,还是折线,分析图线所反映物理量的变化趋势,进而明确图像反映的物理内涵;3.看交点,分清两相关量的变化范围及給出的相关条件,明确图线与图线、图线与坐标轴的交点(截距)、图线斜率、图线与坐标轴围成的“面积”的物理意义。
  在看懂以上三个方面后,进一步弄清“图像与公式”“图像与过程”“图像与物理量”之间的联系与变通,以便对有关的物理问题作出准确的判断。
  例1.如图1所示,长1.6m、粗细均匀的金属杆可以绕O点在竖直平面内自由转动,一拉力——位移传感器竖直作用在杆上,并能使杆始终保持水平平衡。该传感器显示其拉力F与作用点到O点距离x的变化关系如图2所示。据图可知金属杆重
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  二、根据题设去作图、运用图像解答物理问题
  在运用图像法求解物理问题时,还需要具有将物理现象转化为图像问题的能力。具体方法是:1.认真审题,从题中所需求解的物理量,结合相应的物理规律确定所需的横纵坐标表示的物理量(有时还需确定原点的坐标);2.根据题意,找出两个物理量的制约关系,结合具体的物理过程和相应的物理规律作出函数图像;3.由所作的图像结合题意,运用函数图像进行表达、分析和推理从而找出相应的变化规律,再结合相应的数学工具,求出相应的物理量。
  例2.部队集合后出发沿直线前进,已知部队前进的速度与到出发点的距离成反比,当部队行进到距出发点距离为d1的A位置时速度为v1,求
  (1)部队行进到距出发点距离为d2的B位置时速度为v2是多大?
  (2)部队从A位置到B位置所用的时间t为多少?
  解析 (1)已知部队前进的速度与到出发点的距离成反比,即有公式v=k/d(d为部队距出发点的距离,v为部队在此位置的瞬时速度),根据题意有v1=k/d1 v2=k/d2
  ∴v2=d1v1/d2
  (2)部队行进的速度v与到出发点的距离d满足关系式d=k/v,即d-1/v图像是一条过原点的倾斜直线,如图4所示,由题意知,部队从A位置到B位置所用的时间t即为图中斜线图形(直角梯形)的面积.由数学知识可知t=(d1+d2)(1/v1-1/v1)/2
  (1)根据图像可知:断点位置在x等于
  _____cm处,电源电压U0等于_____V;
  (2)电阻R等于多少欧姆?
  (3)从断点处滑片P向左滑动的过程中,该滑动变阻器滑片P每滑动1cm的阻值变化为多少欧姆?该滑动变阻器电阻丝没有断路时的总电阻值是多少欧姆?
  解析:(1)根据图像可知:断点位置在x等于5cm处,电源电压U0等于1.50V
  (2)当电流表读数为I1=0.15A时,电压表读数为U1=1.35V
  则:U1=U0-I1R 得R=1Ω
  (或当电流表读数为I2=0.30A时,电压表读数为U2=1.20V据U2=U0-I2R
  解得R=1Ω;也可由过断点后的其他电压、电流值计算得出)
  (3)当x=5cm时,设滑动变阻器接入电路中的电阻为R1
  当x=10cm时,设滑动变阻器接入电路中的电阻为R2
   U1=I1R1
  得R1=9Ω
   U2=I2R2
  得R2=4Ω
   故滑动变阻器滑动5cm电阻的改变量
  是ΔR=R1-R2=5Ω
  所以从断点处滑片P向左滑动的过程中,该滑动变阻器滑片P每滑动1cm的阻值变化是1Ω。
  该滑动变阻器没有断路时的总电阻值R总=9Ω+5cm×1Ω/cm=14Ω
  作者单位:江苏省仪征市第三中学
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