物理圖像的妙用

物理圖象，能形象直關(guān)地反映物體運(yùn)動(dòng)變化的規(guī)律，并能很好地揭示物理學(xué)參量間的相互關(guān)系，而圖像的斜率和圖像與坐標(biāo)軸所圍面積具有獨(dú)特的物理含義。因此物理圖像有其獨(dú)特的妙用，現(xiàn)舉例如下:

（1）如圖1所示是在工廠的流水線上安裝的水平傳送帶，水平傳送帶以恒定的速度v=2m/s運(yùn)送質(zhì)量為m=0.5kg的工件。工件都是以速度v0=1m/s從A位置滑上傳送帶，工件與傳送帶之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.2。每當(dāng)一個(gè)工件在傳送帶上停止相對滑動(dòng)時(shí)，后一工件立即滑上傳送帶。求:

(1)在正常運(yùn)行狀態(tài)下傳送帶上相鄰工件間的距離。

(2)摩擦力對每個(gè)工件做的功。

(3)每個(gè)工件與傳送帶之間的摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能。

解析 工件滑上傳送帶后先做初速為加速度為的勻加速運(yùn)動(dòng)，與傳送帶速度相同后做勻速運(yùn)動(dòng)，此時(shí)相對滑動(dòng)結(jié)束。作出工件運(yùn)動(dòng)的圖像，如圖2所示。易知:陰影區(qū)域的面積大小即為相鄰工件間的距離;三角形的面積大小即為工件相對傳送帶的位移;梯形面積即為工件在勻加速運(yùn)動(dòng)過程中對地位移。用相關(guān)的計(jì)算公式很快就算出題目要求的物理量，形象、直觀、快捷。

（2）一輛汽車以額定功率平直的公路上行駛，經(jīng)過3min，速度由36km/h提高到72km/h，在這段時(shí)間內(nèi)，汽車行駛的路程

A.一定小于2.7km

B.一定大于2.7km，小于3.6km

C.可能大于3.6km

D.上述情況均可能

解析 假若汽車做勻加速運(yùn)動(dòng)，其圖線如圖3中傾斜虛線所示。所為面積為2.7km; 而汽車以V=20m/s的速度勻速運(yùn)動(dòng)，圖線為平行于t軸的虛直線。所為面積為3.6km; 汽車做加速度逐漸的加速運(yùn)動(dòng)，其圖像為圖3中的實(shí)線所示，其圖線所圍面積為大于2.7km小于3.6km。故選B。

（3）某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)如圖4所示的實(shí)驗(yàn)電路，用以測定電源電動(dòng)勢和內(nèi)阻。使用的器材為:待測干電池組(電動(dòng)勢約2.8V)、電流表（量程0.6A，內(nèi)阻等于0.2Ω）、電阻箱(0~99.99Ω)、滑動(dòng)變阻器(0~10Ω)、單刀雙擲開關(guān)、單刀單擲開關(guān)各一個(gè)，導(dǎo)線若干。考慮到干電池的內(nèi)阻較小， 電流表的內(nèi)阻不能忽略。

(1)簡要寫出利用圖Ⅰ所示的電路測量電源電動(dòng)勢和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)步驟:

①斷開K，將R調(diào)至最大值 ，S 擲向D;

②調(diào)節(jié)R直到電流表指針有足夠偏轉(zhuǎn)，改變R值測幾組I與R變化的數(shù)據(jù)。

(2)圖5是由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出的1I-R圖像，由次求出待測干電池組的電動(dòng)勢E=_____V、內(nèi)阻r=_____Ω。

解析 由全電路歐姆定律I=E/(R+r)得：

I=(R+R_A+r)/E可知：圖線斜率為K=1E，選圖線與方格的交叉點(diǎn)坐標(biāo)（2.1，1.6），(3.6，2.2)得K=(2.2-1.6)/(3.6-2.1)=0.6/1.5=2/5V^-1，所以E=2.5V;取（0，0.8）及E=2.5V，RA=0.2Ω得r=1.8Ω。