2022年中考物理靜力學(xué)圖像分析方法

在實(shí)驗(yàn)中探究問(wèn)題是新課標(biāo)著力強(qiáng)化的能力與方法，當(dāng)然也是中考命題的重要素材。信息題是新課標(biāo)非常重視的題型。圖像信息題則往往承載著探究實(shí)驗(yàn)的過(guò)程、方法和問(wèn)題，要求學(xué)生分析出原理、結(jié)論，評(píng)估出方法的優(yōu)劣、存在的問(wèn)題、改進(jìn)的方法等，屬于較高層次的要求。應(yīng)對(duì)這類(lèi)題，首先要從圖像、數(shù)字和表頭等信息中推理、還原出物理過(guò)程，運(yùn)用相應(yīng)的數(shù)學(xué)手段，抓住實(shí)驗(yàn)的物理本質(zhì)，對(duì)照物理原理分析解題。例如：

1.小明同學(xué)在探究影響滑動(dòng)摩擦力因素的實(shí)驗(yàn)時(shí)，將數(shù)據(jù)記錄在了下表中。請(qǐng)據(jù)此在右圖中畫(huà)出G-Ff圖像。小明同學(xué)通過(guò)分析數(shù)據(jù)和圖像提供的信息，得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是：影響滑動(dòng)摩擦力的因素是物體的重力。請(qǐng)你分析評(píng)估該同學(xué)實(shí)驗(yàn)的結(jié)論和數(shù)據(jù)記錄中的問(wèn)題。

解：在描繪圖像之前我們要先分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，根據(jù)所給數(shù)據(jù)定好坐標(biāo)系的標(biāo)度。由于鉤碼重力的最大值為3.0牛頓，利用縱坐標(biāo)中16個(gè)小格中的15個(gè)小格，確定每個(gè)小格對(duì)應(yīng)的刻度為0.2牛頓。摩擦力Ff的最大值為1.50牛頓，利用橫坐標(biāo)中的15個(gè)小格，每個(gè)小格對(duì)應(yīng)的刻度為0.1牛頓。然后，用根據(jù)描點(diǎn)法在坐標(biāo)系中確定五個(gè)點(diǎn)，用平滑的曲線(xiàn)連接這五個(gè)點(diǎn)并延長(zhǎng)到橫坐標(biāo)為零時(shí)，即可得到G-Ff圖像為一條不過(guò)原點(diǎn)的直線(xiàn)(如圖1所示)。

仔細(xì)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和我們畫(huà)出的直線(xiàn)可以發(fā)現(xiàn)，縱坐標(biāo)是從0.90N到1.50N，致使我們所繪的圖線(xiàn)位于坐標(biāo)系的上半部分，為了能夠充分利用整個(gè)坐標(biāo)系而使圖線(xiàn)更美觀(guān)一些，我們可以在總坐標(biāo)的刻度選取時(shí)不是從0到1.5N來(lái)分，而直接從0.9N開(kāi)始，橫坐標(biāo)也相應(yīng)地從1.0N到3.0N選取。所繪的圖線(xiàn)就過(guò)橫縱坐標(biāo)的交點(diǎn)，圖線(xiàn)也會(huì)占據(jù)整個(gè)坐標(biāo)系。(如圖2所示)

由于滑動(dòng)摩擦力的大小與壓力和接觸面的粗糙程度有關(guān)，所以小明同學(xué)得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是錯(cuò)誤的。造成錯(cuò)誤的原因是什么呢?觀(guān)察圖像我們知道，所繪圖像并不過(guò)原點(diǎn)，與我們所知的正比關(guān)系產(chǎn)生了矛盾，仔細(xì)分析可以明白，在數(shù)據(jù)中小明記錄的是鉤碼的重力，但是木塊對(duì)桌面的壓力并不只有鉤碼的重力，G鉤碼≠N，而應(yīng)該還包括木塊自身的重力。即：N=G鉤碼+G木塊。

分析曲線(xiàn)的斜率k(如圖3所示)，也就是直線(xiàn)與橫坐標(biāo)夾角的正切值，從直線(xiàn)上取兩個(gè)點(diǎn)(1.0，0.90)和(3.0，1.50)，從而算出夾角的正切值為：

k=tan∠A=__

=__=0.3

k是G與Ff的比例系數(shù)，表示接觸面的粗糙程度。

由于滑動(dòng)摩擦力的大小與壓力和接觸面的粗糙程度成正比，運(yùn)用數(shù)學(xué)中的直線(xiàn)方程知識(shí)y=kx，構(gòu)建出G與Ff的關(guān)系式為：Ff=kN，帶入前面計(jì)算出的k值得到Ff=0.3N，因此Ff=0.3(G鉤碼+G木塊)，G木塊=--G鉤碼。帶入任意一組數(shù)據(jù)我們可以得到木塊的重力為2牛頓。這樣，可以將數(shù)據(jù)記錄表修正為：

實(shí)驗(yàn)次數(shù)12345

鉤碼重力G/N1.01.52.02.53.0

摩擦力Ff/N0.901.051.201.351.50

實(shí)驗(yàn)次數(shù)12345

壓力F/N3.03.54.04.55.0

摩擦力/N0.901.051.201.351.50

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