幾何畫板是一個在數學和物理教學中常用的軟件。我們可以用它繪制的圖形,能動態地保持設定的幾何關系不變。在繪制函數圖像時,可以能設定多個可變化的參數。接下來我們利用幾何畫板具有“繪制多個可變參數的函數圖像”的功能,一起來探究“電源輸出功率與外電阻的關系”。
首先,要清楚電源輸出功率與外電阻的關系式:設電源的電動勢為E,內電阻為r,外電阻外為R,則電源的輸出功率P為:P=I2R=E2R/(R+r)2
利用幾何畫板探究
1、啟動幾何畫板后。點擊畫板左側的“線段直尺工具”,在繪圖窗口畫一線段。(如果需要顯示線段端點的標簽,可以選擇“編輯”→“參數選項”→“文本”的自動顯示標簽中勾選“應用于所有新建點”,再點擊確定即可。本次繪圖建議不顯示標簽。)
2、點擊畫板左側的“移動箭頭工具”,選擇選段,點擊右鍵選擇“屬性”,在“屬性”對話框的標簽中輸入表示電動勢的字母“E”,再勾選“顯示標簽”,如圖所示。
3、用鼠標點取線段E,右擊選擇“長度”命令,這時將出現線段E的長度,我們用E的長度來表示電動勢的大小,如圖所示。
4、再用用同樣的方法,畫出表示電源內阻r大小的線段。
5、選擇“圖表/新建函數”命令,在“新建函數”對話框中輸入E2x/(x+r)2,式中x表示外電阻的大小。在輸入E和r時,只要點擊表示E和r大小的線段即可,如下圖所示
6、點擊“新建函數”對話框中“確定”按鈕,這時在幾何畫板的繪圖窗口將出現輸入的函數式,如下圖所示。而且會直接得到函數圖像,縱坐標表示電源的輸出功率P,橫坐標表示外電阻的“輸出功率與外電阻關系的圖線”,如圖所示。
7、用鼠標點取f(x)的關系式,右擊選擇“屬性”,在“屬性”對話框的標簽中將f該為P,這樣使f(x)的函數表達式更符合物理學中用P表示功率的習慣。
8、用鼠標分別拖動線段E和線段r一側小圓點的位置,從而改變線段的長度,即改變E、r的大小,就可得到不同電動勢和內阻時的輸出功率與外電阻關系的圖線。
9、點擊畫板左側的“文本工具”,在繪圖窗口加上標題“電源輸出功率與外電阻關系”。最后,我們可以通過適當調整線段、文字以及圖像的位置,來美化界面。
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