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物理实验中的图像法
物理实验中的图像法是一种整理、分析数据的有效方法,图像中的图线可以直观简洁地显示出因变量随着自变量变化的趋势或规律。如果想要将物理实验数据绘制成图像,可以按照下面的步骤来进行。
第一步,建立坐标轴、标注物理量和设定分度。首先建立坐标轴,通常用横轴代表自变量,纵轴代表因变量；在坐标轴上分别标注自变量和因变量的名称及单位；然后设定合适的坐标分度值。
第二步,根据数据描点。描点时根据数据在坐标纸上力求精准地画出对应的点。
第三步,绘制图线。绘制图线时应依据数据点的整体分布趋势,描绘出一条直线或光滑曲线,让尽可能多的点在图线上,或让数据点比较均匀地分布在图线两旁。如果图像应该经过坐标零点,那么即使没有测量和描出点,绘制的图线也应该经过零点。
例如,在研究导体的电阻与导体长度的关系时,就可以以导体长度为横坐标,以电阻值为纵坐标,通过描点画出导体的电阻随导体长度的变化关系。再比如,在研究通过导体的电流与导体两端的电压的关系时,就可以以导体两端的电压为横坐标,以通过导体的电流为纵坐标,通过描点画出通过导体的电流和导体两端的电压的变化关系,此即为导体的伏安特性曲线。
(1)小赵同学在实验中测量得到了通过电阻的电流和电阻两端的电压数据(如表17-1-6所示),他已经在图中描出了数据点,如图17-1-16所示,请你帮他在图中画出电阻的伏安特性曲线。
(2)在如图17-1-17所示的电路中,电源两端的电压保持不变,当开关$S$闭合后,滑动变阻器的滑片$P$从最左端向右滑动的过程中,滑片$P到最左端的距离计为L$,如图17-1-18所示的三个图像中,能定性表示电流表示数$I与距离L$关系的是______。
(3)图17-1-19是甲、乙两位同学通过实验数据绘制的通过导体的电流与导体电阻之间的关系图像,______同学的实验更合理。理由是______(写出一条即可)。
物理实验中的图像法
物理实验中的图像法是一种整理、分析数据的有效方法,图像中的图线可以直观简洁地显示出因变量随着自变量变化的趋势或规律。如果想要将物理实验数据绘制成图像,可以按照下面的步骤来进行。
第一步,建立坐标轴、标注物理量和设定分度。首先建立坐标轴,通常用横轴代表自变量,纵轴代表因变量；在坐标轴上分别标注自变量和因变量的名称及单位；然后设定合适的坐标分度值。
第二步,根据数据描点。描点时根据数据在坐标纸上力求精准地画出对应的点。
第三步,绘制图线。绘制图线时应依据数据点的整体分布趋势,描绘出一条直线或光滑曲线,让尽可能多的点在图线上,或让数据点比较均匀地分布在图线两旁。如果图像应该经过坐标零点,那么即使没有测量和描出点,绘制的图线也应该经过零点。
例如,在研究导体的电阻与导体长度的关系时,就可以以导体长度为横坐标,以电阻值为纵坐标,通过描点画出导体的电阻随导体长度的变化关系。再比如,在研究通过导体的电流与导体两端的电压的关系时,就可以以导体两端的电压为横坐标,以通过导体的电流为纵坐标,通过描点画出通过导体的电流和导体两端的电压的变化关系,此即为导体的伏安特性曲线。
(1)小赵同学在实验中测量得到了通过电阻的电流和电阻两端的电压数据(如表17-1-6所示),他已经在图中描出了数据点,如图17-1-16所示,请你帮他在图中画出电阻的伏安特性曲线。
(2)在如图17-1-17所示的电路中,电源两端的电压保持不变,当开关$S$闭合后,滑动变阻器的滑片$P$从最左端向右滑动的过程中,滑片$P到最左端的距离计为L$,如图17-1-18所示的三个图像中,能定性表示电流表示数$I与距离L$关系的是______。
(3)图17-1-19是甲、乙两位同学通过实验数据绘制的通过导体的电流与导体电阻之间的关系图像,______同学的实验更合理。理由是______(写出一条即可)。
答案
(1)如图
(2)C
(3)乙 乙同学的测量数据更多,分布更均匀(合理即可)
解析
【解析】
(1) 根据短文图像法绘制步骤，定值电阻的伏安特性曲线为过原点的直线，将描出的点用直线连接，使尽可能多的点在直线上，剩余点均匀分布在直线两侧，且图线经过坐标原点。
(2) 滑片P从最左端向右滑动，距离L增大时，滑动变阻器接入电路的电阻减小，电源电压不变，由欧姆定律$I=\frac{U}{R_{总}}$可知，电路总电阻减小，电流增大；由于滑动变阻器接入电阻与L并非线性关系，电流I随L的增大呈非线性增长，增长速率逐渐变慢，符合图像C的特征，故选择C。
(3) 乙同学的实验更合理，因为乙同学的测量数据更多，分布更均匀，能更准确地反映电流与电阻的关系，绘制的图线更具代表性。
【答案】
(1) 如图（对应题目给出的标准图像）
(2) C
(3) 乙；乙同学的测量数据更多，分布更均匀(合理即可)
【知识点】
图像法的应用、欧姆定律、滑动变阻器动态分析
【点评】
本题以物理实验中的图像法为背景，考查了图像绘制、欧姆定律的应用及实验数据的分析能力，要求学生掌握图像法处理实验数据的方法，理解物理量间的变化规律。
【难度系数】
0.6
(1) 根据短文图像法绘制步骤，定值电阻的伏安特性曲线为过原点的直线，将描出的点用直线连接，使尽可能多的点在直线上，剩余点均匀分布在直线两侧，且图线经过坐标原点。
(2) 滑片P从最左端向右滑动，距离L增大时，滑动变阻器接入电路的电阻减小，电源电压不变，由欧姆定律$I=\frac{U}{R_{总}}$可知，电路总电阻减小，电流增大；由于滑动变阻器接入电阻与L并非线性关系，电流I随L的增大呈非线性增长，增长速率逐渐变慢，符合图像C的特征，故选择C。
(3) 乙同学的实验更合理，因为乙同学的测量数据更多，分布更均匀，能更准确地反映电流与电阻的关系，绘制的图线更具代表性。
【答案】
(1) 如图（对应题目给出的标准图像）
(2) C
(3) 乙；乙同学的测量数据更多，分布更均匀(合理即可)
【知识点】
图像法的应用、欧姆定律、滑动变阻器动态分析
【点评】
本题以物理实验中的图像法为背景，考查了图像绘制、欧姆定律的应用及实验数据的分析能力，要求学生掌握图像法处理实验数据的方法，理解物理量间的变化规律。
【难度系数】
0.6
