高中物理图像题

1专题九高中物理图象问题高三物理备课组【内容要点】在历年的高考中,图象问题总会出现，而且占有相当的比例，在教学大纲和高考的考试说明中也有明确的要求。有的直接给出图象，要求依据图象分析判断物理过程，也有的需要作出图象才能解答。1．物理图象分类整个高中教材中有很多种不同类型的图象，按图形可分为以下几类（1）直线型：如匀速直线运动的位移与时间图象（s—t图）、匀变速直线运动的速度与时间图象（v—t图）、恒定电路中的电压与电流图象（U—I图）等。（2）正弦曲线型：如振动的x—t图、波动的y—x图、交流电的e—t图等。（3）其他型：如共振曲线A—f图、分子力与分子间距离的f—r图、电源的输出功率与外电阻的P—R图、机械功率一定时，牵引力与速度的F—v图等。2．中学物理中重要的图象（1）运动学中的s—t图象、v—t图象、振动图象、波动图象等。（2）电学中的电流图象、电压图象、电场线分布图、磁感线分布图、等势线分布图等。（3）实验中的图象：如验证牛顿第二定律要用到a—F图、a—1/m图，用“伏安法”测电阻时要画I—U图，测电源电动势和内电阻时要画U—I图，用单摆测重力加速度时要画的T2—L图等。（4）在各类习题中出现的图象：如力学中的F—t图，电学中的P—R图，电磁感应中的φ—t图、E—t图。3．对图象意义的理解（1）首先应明确所给的图象是什么图象，即认清图象中横轴、纵轴所代表的物理量及它们间的“函数关系”，特别是对那些图形相似、容易混淆的图象，更要注意区分。例如振动图象与波动图象，运动学中的s—t图象、v—t图象等。（2）要清楚地理解图象中的“点”、“线”、“斜率”、“截距”、“面积”的物理意义。①点：图线上的每一个点对应研究对象的一个状态，要特别注意“起点”、“终点”、“交点”、“拐点”，它们往往对应着一个特殊状态。②线：表示研究对象的变化过程和规律。如v—t图象中的图线若为倾斜直线，则表示物体做的是匀变速直线运动。③斜率：表示横、纵坐标上两物理量的相对变化率。常有一个重要的物理量与之对应，用于求解定量计算中所对应的物理量的大小以及定性分析变化的快慢。如s—t图线的斜率表示速度的大小，v—t图线的斜率表示加速度的大小，U—I图线的斜率表示电阻的大小等。其次，变化率还要注意平均变化率与瞬时变化率的区别，例如：图中直线PQ的斜率表示速度在t0时刻的变化率，而直线OP的斜率表示速度在0-t0时间内的平均变化率。④截距：表示横、纵坐标两物理量在“边界”条件下的大小，由此往往能得到一个很有意义的物理量，如图所示为测量电源电动势和内阻的实验图象，其纵截距等于电源电动势、当纵轴起点为零时，横截距等于短路电流，图线斜率的绝对值则等于电源内阻。⑤面积：图线与坐标轴围成的面积常与某一表示过程的物理量相对应。如v—t图线与纵横轴包围的“面积”大小表示位移的大小。如图所示的F—t图象中的“面积”大小表示冲量大小，F—s图象中的“面积”大小表功的多少。4．画图象：一般先根据物理规律、公式定量给出所要画的两个物理量之间的函数关系式（如果不能得出具体函数式，则可以分析变化率的物理意义，利用物理规律得到该变化率的变化，从而OUIU0I0OFtOFstPvt0OQ2定性把握图线的特征），再根据实际物理情景确定图线“拐点”作出图象；在实验数据处理时，则应该严格按照描点法的要求进行作图。5．用图象：在一些复杂的物理过程中，如果用代数法相当烦琐甚至无法讨论，可采用图象法来处理可能方便。【典型例题】例1某物体作直线运动，其位移图像如图所示，以下判断正确的是（）A．物体在头2s内作加速运动B．物体在第3s和第4s内共运动了60mC．头5s内物体的位移为负值D．第8s末物体回到出发点例2用大小相等方向相反的两水平力F1、F2作用于放在光滑水平面上的物体上，物体保持静止。现保持F1不变，F2先逐渐减小到零后又恢复到原来的大小（F2方向不变）,则能反映物体在整个运动过程的位移图象（s-t）和速度图象（v-t）的是（）例3A、B两球沿一直线发生正碰，如图所示的s－t图像记录了两球碰撞前后的位移图像，C为碰撞后共同运动的位移图像，若A的质量为MA＝2kg，则由图可知（）A．A、B碰前的总动量为3kg·m/sB．相碰时A对B所施的冲量为－3N·sC．碰撞中A的动量变化为3kg·m/sD．碰撞中损失的动能为6.75J例4右图中图线①表示某电池组的输出电压一电流关系，图线②表示其输出功率一电流关系。该电池组的内阻为多少？当电池组的输出功率为120W时，电池组的输出电压是为多少？例5一匀强磁场的方向垂直纸面，规定向里的方向为正，在磁场中有一细金属圆环，圆环平面位于纸面内（如右图所示），现使磁感强度B随时间t变化（如右图所示），用E1、E2、E3、E4分别表示oa、ab、bc、cd段感应电动势的大小，I1、I2、I3、I4分别表示对应的感应电流，则（）A．E1＞E2，I1沿逆时针方向，I2沿顺时针方向B．E1＜E3，I1沿逆时针方向，I3沿顺时针方向C．E1＜E2，I2沿顺时针方向，I3沿逆时针方向D．E3＝E4，I3沿顺时针方向，I4沿顺时针方向ABCD3例6如图，两条长直金属导轨平行放置，间距l=0.8m，分别从P和Q处折成1500角，PP'和QQ'，在水平面内，PP和QQ，分别在竖直面内，PQ的左侧有竖直向下的匀强磁场，B1=1.5T，PQ的右侧有垂直于平面PQQP的向上的匀强磁场，B2=1.0T，水平导轨上的导电棒电阻为r=0.24Ω，从OO'开始向CC'运动又返回向aa'运动，8s时运动至OO'，整个运动过程其速度变化如图所示，斜导轨上的导电棒dd'的质量m=1kg，电阻为R=0.40Ω，始终处于静止状态．金属导轨的电阻不计，g取10m／s2．(1)推导出0—4s内导电棒dd'受到的静摩擦力Fo随时间t变化的函数表达式．(2)在题给坐标系中画出0—8s内的Fo—t图象。专题九强化训练1．一个标有“220V，60W”的白炽灯，加上的电压U由零逐渐增大到220V，在此过程中，电压U和电流I的关系可用图像来表示，下面给出的四个图像中肯定不符合实际的是（）2．AB是某电场中的一条电场线，若将一负电荷从A处自由释放，负电荷沿电场线从A到B运动过程中的速度图像如右图所示，比较A、B两点电势的高低和声强的大小，下列说法正确的是（）A．UA＞UB，EA＞EBB．UA＞UB，EA＜EBC．UA＜UB，EA＞EBD．UA＜UB，EA＜EB3．下列哪两个物理量之间存在如图（或者图线的部分）对应关系（）A．Y表示从锌板表面逸出电子的最大初动能，X表示打到锌板上光子的频率Ｂ．Y表示同位素原子的质量数，Ｘ表示对应该种同位素原子的中子数Ｃ．Y表示作平抛运动物体的速度变化量，Ｘ表示运动时间Ｄ．Y表示地球同步卫星受到的万有引力大小，Ｘ表示同步卫星的动量大小4．如图甲所示，A是一边长为L的正方形线框，电阻为R，今维持线框以恒定的速度v沿x轴运动，并穿过图中所示的两个大小相等的匀强磁场B1和B2区域．若以逆时针方向为电流的正方向，线框在图示位置的时刻作为时间的零点，则线框中的感应电流i随时间t的变化图线是图乙中()YX045．光滑水平面上有A和B两物体,它们分别在水平力FA和FB作用下作匀变速运动,加速度分别为aA和aB,它们动量P与时间t的关系图象如图所示.则一定有（）A．FA＞FBB．FA＜FBC．aA＞aBD．aA＜aB6．一根轻弹簧竖直立在水平地面上，下端固定．在弹簧的正上方有一个物块，物块从一高处自由下落将弹簧压缩了xo时，物块的速度恰为零从物块与弹簧接触开始，下列各图像能正确反映物块的加速度大小随下降的位移x变化的图像是()7．棒自远处匀速沿一圆形线圈的轴线向右运动，并穿过线圈向远处而去，如图所示，则下面图中较正确反映线圈中感应电流i与时间t关系的是（线圈中电流以图示箭头为正方向，磁棒的左边部分为N极）（）8．一个匝数为100匝、面积为200cm2的金属线圈置于与线圈平面垂直的磁场中，磁感强度随时间的变化规律如图所示，在t=0.04s时，图线的切线交t轴于t=0.06s,则在t=0到t=0.04s内线圈产生的平均感应电动势为V，在t=0.04s时的感应电动势为V。9．在均匀介质中，各质点的平衡位置在同一直线上，相邻两质点的距离均为a，如图（a）所示，振动从质点1向右传播，其初速度方向竖直向上，经过时间t，前13个质点第一次形成的波形如图（b）所示，则波动的周期是，波速是。10．如图所示交变电流的有效值（一、四象限均为正弦图像）为A。ABCD511．一个10匝的闭合线圈，总电阻为0.5Ω，线圈面积为100cm2，垂直于线圈的平面内，匀强磁场的磁感应强度B随时间t变化的规律如图所示，由此可知线圈中磁通量的变化率在0~0.2s内为_________wb/s；在0~0.4s内，线圈产生的热量为_______J。12．物体A、B都静止在同一水平面上，它们的质量分别为MA、MB，与水平面间的动摩擦因数分别为μA、μB，平行于水平面的拉力F分别拉物体A、B，测得加速度a与拉力F的关系图像如图中A、B所示，则可知μA____B，MA____B，μAMA＿＿＿＿MB。（选填“＞”、“＜”或“＝”）13．质量为2kg的物体静止在水平地面上，物体与地面间的动摩擦因数为0.1，作用在物体上的水平推力F与时间t的关系图像如图所示，求物体在前14s内的位移。（g＝10m/s2）14．一颗子弹以水平初速V0射入一块静置于光滑水平面上的木块，经过时间t1穿出，子弹损失的动能为ΔE1，系统损失的动能为ΔE2,接着一颗相同的子弹以V0再次水平射入该木块，经过t2穿出，子弹损失的动能为ΔE1/，系统损失的动能为ΔE2/，设子弹穿过木块时受到的阻力相同，试利用V-t图象定性判断：t1与t2、ΔE1与ΔE1/、ΔE2与ΔE2/的大小关系。15．如图甲所示，在周期性变化的匀强磁场区域内有垂直于磁场的一半径为r=1m、电阻为R=3.14Ω的金属圆形线框，当磁场按图乙所示规律变化时，线框中有感应电流产生。(1)在丙图中画出感应电流随时间变化的i—t图象(以逆时针方向为正)(2)求出线框中感应电流的有效值．16．如图所示，x轴上方为一垂直于平面xoy向里的匀强磁场，磁感应强度为B，x轴下方为方向平行于x轴，但大小一定（假设为E0）、方向作周期性变化的电场，在坐标为（R，R）的A点和第四象限中某点各放置一个质量为m电量为q的正点电荷P、Q，P、Q的重力及它们之间的相互作用力均不计，现使P在匀强磁场中做半径为R的匀速圆周运动，同时释放Q，要使两电荷总是以相同的速度同时通过y轴，求：(1)场强E0及其方向变化的周期；(2)在E-t图中做出该电场的变化图像（以释放电荷P时为初始时刻，x轴正方向作为场强的正方向），要求至少做出两个周期的图像。17．如图（甲）所示，一正方形金属线框放置在绝缘的光滑水平面上，并位于一竖直向下的有界匀强磁场区域内，线框的右边紧贴着磁场的边界，从t＝0时开始，对线框施加一水平向右的外力F，使线框从静止开始做匀加速6直线运动，在1t时刻穿出磁场．已知外力F随时间变化的图象如图（乙）所示，且线框的质量m、电阻R、图（乙）中的0F、1t均为已知量．试求出两个与上述过程有关的电磁学．．．物理量（即由上述已知量表达的关系式）。18．如图甲所示，一轻弹簧的两端与质量分别为m1和m2的两物块A、B相连接，并静止在光滑的水平面上。现使A瞬时获得水平向右的速度3m/s，以此刻为计时起点，两物块的速度随时间变化的规律如图乙所示，问：（1）在t1、t3、t4时刻弹簧分别处在怎样的状态中？（2）两物体的质量之比m1∶m2以及t2时刻A与B的动能之比Ek1∶Ek2为多少？－11023t1t/st2t3t4v/m/sAB乙m1m2v甲AB(乙)(甲)F3F0t1tF0OF