熟知实验原理 妙解图像问题

物理实验图像能够直观得出实验结论，揭示物理的本质和规律。近年来高考实验题加强了对实验图像的考查，部分同学经常会被一些繁杂的推导和运算所难倒，无法合理利用图像中的数据解答问题。从实验到图像所经历的思维活动，有两个关键点，一是明确实验考查的物理规律，即实验原理，找出变量之间的物理关系，列出物理方程;二是建立合理的坐标系，按照坐标轴将物理规律方程变形，寻找图像斜率、截距的物理含义。下面通过例题的剖析，总结实验图像问题的处理方法。

例1 用落体法验证机械能守恒定律，打出如图l甲所示的一条纸带。已知打点计时器的频率为50 Hz。

点评：在力学实验中，常用到的物理规律有牛顿运动定律、运动学公式、动能定理、机械能守恒定律。常考的力学实验有探究加速度与力、质量的关系，研究平抛运动，验证机械能守恒定律等。无论是教材原型实验，还是创新实验，都需要先从实验原理人手，由原理写物理方程，再将方程与图像相结合，找出变量之间的关系，图像中的截距、斜率的物理含义就会呼之欲出。本题的实验原理是机械能守恒定律，将规律方程写出后，再结合v2/2-h^图像，就能找到图像斜率的含义应该是重力加速度g，但因为机械能守恒的条件是只有重力做功，而物体下落会受到阻力作用，使得两物体下落的加速度都小于g。而加速度也与物体的质量有关系，这一点与（2）问不谋而合。因此我们可以先将规律方程写成动能定理的形式，再找图像斜率的物理含义。

例2某多用电表欧姆挡“×1”的内部电路图如图2甲中虚线框内所示。一学习小组将电阻箱和电压表并联后接到多用电表两表笔A、B上，采用图甲的电路测量多用电表欧姆挡“×1”正常工作时的内阻RΩ和其内部电池的电动势E（电压表的内阻很大，它在该电路中的分流作用可以忽略）。

解析：该实验考查的物理规律是闭合电路欧姆定律，与测定电池的电动势和内阻的实验原理相同，虚线框内部分电路可看成是电动势为E、内阻为RΩ的电源。

点评：在电学实验中，常用到的物理规律有欧姆定律。常考的电学实验有测量金属丝的电阻率，多用电表的原理和使用，测定电池的电动势和内阻等。电学实验的创新题也比较常见，例如半偏法测电阻，利用电流表、变阻箱或电压表、变阻箱测定电池的电动势和内阻等。这些实验都离不开欧姆定律，因此，在遇到这类题目时，可以先观察实验电路，写出定律方程，再依据图像对方程进行变形，找出斜率、截距的物理含义。本题在多用表的原理中考查了闭合电路的欧姆定律，与测定电池的电动势和内阻实验有相似之处。

跟踪练习：

1.某同学设计了如图3所示的实验装置验证“外力一定时加速度与质量的关系”，把一端带定滑轮的长木板放置在水平桌面上，在长木板靠近定滑轮处安装一加速度传感器，轻质细绳跨过定滑轮一端连接重物，另一端连接小车，并备有质量均为m。的砝码多个。经过正确的实验操作，在处理数据时，该同学以小车中添加的砝码的个数n为横坐标，并以____为纵坐标，得到如图4所示的图像。已知图像的纵截距为b，斜率为k，重力加速度为g.则小车的质量为___，重物的质量为____ 。

2.现有一电池，电动势E约为9V，内阻r在40Ω- 60Ω范围内。允许通过的最大电流为50 mA。为测定该电池的电动势和内阻，某同学利用如图5甲所示的电路进行实验。图中R为电阻箱，阻值范围为0-9 999 Ω，Ro为保护电阻。

（1）可备选用的定值电阻Ro有以下几种规格，本实验应选用 。

A.20Ω，2.5 W

B.50 Ω，1.0 W

C.150 Ω，1.0 W

D.1 500 Ω，0 W