用函数图象的交点求物理方程的根
2017-12-13重庆杨天才特级教师研究员
重庆 杨天才(特级教师,研究员)
物理实验很重要,数据处理不能少,岁岁年年题不同,图象交点求坐标。
用函数图象的交点求物理方程的根

在数学中求两个方程ax2+bx+c=0、nx2+mx+p=0的公共根,可以转化为用函数f(x)=ax2+bx+c、g(x)=nx2+mx+p的图象交点的横坐标来求解(证明略),我们在处理物理实验数据时借用这个方法,会对解题带来便利。
【例1】硅光电池是一种可将光能转换为电能的器件。某同学用如图1所示电路探究硅光电池的路端电压U与总电流I的关系。图中R0为已知定值电阻,电压表视为理想电压表。

图1
(2)实验二:减小实验一中光的强度,重复实验,测得U-I曲线如图2(b)。当滑动变阻器的电阻为某值时,若实验一中的路端电压为1.5 V。则实验二中外电路消耗的电功率为________mW(计算结果保留两位有效数字)。

图2
【解析】(1)路端电压U=E-Ir,若r为常数,则U-I图为一条不过原点的直线,由曲线a可知电池内阻不是常数;当U=0时的电流为短路电流约为295 μA=0.295 mA;当电流I=0时路端电压等于电源电动势E约为2.67 V;(2)实验一中的路端电压为U1=1.5 V时电路中电流为I1=0.21 mA,连接a中点(0.21 mA、1.5 V)和坐标原点,此直线为此时对应滑动变阻器阻值的外电路电阻(定值电阻)的U-I图,和图线b的交点为实验二中的路端电压和电路电流,如图3,电流和电压分别为I=97 μA、U=0.7 V,则外电路消耗功率为P=UI=0.068 mW。

图3
【答案】(1)不是 0.295 2.67 (2)0.068
【例2】在探究小灯泡的伏安法测电阻实验中,分别测得两只灯泡L1和L2的伏安特性曲线如图4中Ⅰ和Ⅱ所示,然后将灯泡L1、L2与电池组(电动势和内阻均恒定)连成如图5所示电路。多次测量后得到通过L1和L2的电流平均值分别为0.30 A和0.60 A。……
