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1、专题 物理图象及其应用一、物理图象（一）大纲解读 高考考纲明确指出，必要时考生能运用几何图形、函数图像进行表达、分析。由于图象在中学物理的特点：能形象地表述物理规律；能直观地描述物理过程；鲜明地表示物理量之间的相互关系及变化趋势.所以有关以图象及其运用为背景的命题，成为历届高考考查的热点。图象法要求学生能做到三会：（1）会识图：认识图象，理解图象的物理意义；（2）会做图：依据物理现象、物理过程、物理规律作出图象，且能对图象变形或转换；（3）会用图：能用图象分析实验，用图象描述复杂的物理过程，用图象法来解决物理问题.（二）高考预测物理图象图型是数与形结合的产物，是具体与抽象相结合的体现，它能够直
2、观、形象、简洁、生动地展现两个物理量之间的关系，清楚地表达物理过程和物理规律，是分析物理问题的方法之一，具有其它表达方法所不能比拟的优点，又能够考查学生对所学过的物理规律理解和应用的熟练程度，因此它在近几年高考在出现的频率较高，单独考查的较少，常与其它知识有机地揉和的一起，是近几年高考命题中的热点。二、对图象意义的理解1 首先应明确所给图象是什么图象，即认清图象中横轴、纵轴所代表的物理量及他们的关系，特别是对那些图形相似，容易混淆的图象，更要注意区分。例如振动图象和波动图象，s-t图象和v-t图象等。2 要清楚的理解图象中的“点”，“线”，“斜率”，“面积”的物理意义。如在速度时间图象里：A“
3、点”的意义：图象上的任一点表示这时物体的速度。B“线”的意义：任一段线段表示在一段时间内物体速度的变化量。C“斜率”的意义：“斜率”表示物体的加速度。D“面积”的意义：图象围成的“面积”表示物体在一段时间内发生的位移。E“截距”的意义：截距表示物体出发时的速度，横轴截距表示物体出发时距计时起点的时间间隔。3应用图象解题的意义（1）用图象解题可使解题过程简化，思路更清晰 图象法解题不仅思路清晰，而且在很多情况下可使解题过程得到简化，比解析法更巧妙、更灵活。在有些情况下运用解析法可能无能为力，但是图象法则会使你豁然开朗。（2）利用图象描述物理过程更直观 物理过程可以用文字表述，也可用数学式表达，还
4、可以用物理图象描述。而从物理图象上可以更直观地观察出整个物理过程的动态特征。诚然，不是所有过程都可以用物理图象进行描述的，但如果能够用物理图象描述，一般说来总是会更直观且容易理解。利用图象描述物理过程一般包括两个方面：A将物理过程表述为物理图象；B从物理图象上分析物理过程； 4 运用图像解答物理问题的重要步骤 处理图象问题的关键是搞清图象所揭示的物理规律或物理量间的函数关系，全面系统地看懂图象中的“轴”、 “线”、“点”、“斜率”、“面积”、“截距”等所表示的物理意义。在运用图象法求解物理问题时，还需要具有将物理现象转化为图象问题的能力。运用图象解答物理问题包括运用题目给定的图象解答物理问题及
5、独立根据题设去作图、运用图象解答物理问题两个方面。（1）运用题目给定的图象解答物理问题两个方面。看清坐标轴所表示的物理量，明确因变量（纵轴表示的量）与自变量（横轴表示的量）的制约关系。 看图线本身，识别两个相关量的变化趋势，从而分析具体的物理过程。 看交点，分清两相关量的变化范围及给出的相关条件。明确图线与坐标的交点、图线斜率、图线与坐标轴围成的“面积”的物理意义。 (2)在看懂以上三个方面后，进一步弄清“图象与公式”、“图象与图象”、“图象与运动”之间的联系与变通，以便对有关的物理问题作出准确的判断。三、图像的种类现将高中物理课本中出现的和其他常用的物理图象归纳如下表力学 热学 电学 光、原
6、子核 实验位移时间速度时间力时间力位移振动图像共振图像波动图像分子力图像分子势能图像电压电流电压时间电流时间感应电流图像磁感应强度图像衰变图像平均结合能图像光电方程图像弹簧的弹力图像伏安特性曲线路端电压电流单摆周期平方摆长所有以上的物理图像都形象直观地反映了物理量的变化规律，它们有很多共性或类似的地方。辨析和甄别以上图象，又可将它们分为三个类别，见下表：图象单纯地表示两物理两间的函数关系图象坐标轴围成的面积有具体的物理意义图象的斜率有明确的物理意义弹簧的弹力图象分子力图象分子势能图象振动图象共振图象波动图象衰变图象电压时间磁感应强度图象平均结合能图象力时间力位移速度时间电流时间电压电流感应电流
7、图象位移时间速度时间伏安特性曲线路端电压电流单摆周期平方摆长光电方程图像四、在高三的复习，从以下三个方面认识图象问题。(一)、要会识别图象 1、横轴和纵轴所代表的物理量 明确了两个坐标轴所代表的物理量，则清楚了图象所反映的是哪两个物理量之间的对应关系。有些形状相同的图象，由于坐标轴所代表的物理量不同，它们反映的物理规律就截然不同，如振动图象和波动图象。另外，在识图时还要看清坐标轴上物理量所注明的单位。历届都有大量考生因不注意这些细小的地方而失分的。比如，波动图象的横纵坐标都表示长度，但单位往往不一样，当判断质点在一定的时间内通过的位移和路程时经常出错，这样的错误太可惜，要杜绝出现。2、图象中图
8、线的特征 注意观察图象中图线的形状是直线、曲线，还是折线等，分析图线所反映两个物理量之间的关系，进而明确图象反映的物理内涵。如金属导体的伏安特性曲线反应了电阻随温度的升高而增大。图线分析时还要注意图线的拐点具有的特定意义，它是两种不同变化情况的交界，即物理量变化的突变点。例如，共振图象的拐点（最高点）表明了共振的条件，这时驱动力的频率与物体的固有频率相同。另外，分子力图象、分子势能图象和平均结合能图象的拐点的物理意义也要清楚。r1rf0Ek/eV0.5-210 st/-210 WbOA/-1.01.00.250.200.150.100.050.003.02.52.01.51.00.5U/VI/
9、A0.0L3L2SL1Er3r20frr1DOEk/eVCOEk/eVBOEk/eVAr2r3例1、如图所示, 甲分子固定在坐标原点O, 乙分子位于r轴上, 甲、乙两分子间作用力与分子间距离关系图象如图所示。 现把乙分子从r3处由静止释放,则 A. 乙分子从r3到r1一直加速 B. 乙分子从r3到r2加速,从r2到r1减速 C. 乙分子从r3到r1过程中,两分子间的分子势能一直增大 D. 乙分子从r3到r1过程中,两分子间的分子势能先减小后增加 解析：一定要注意图象中的拐点不表示分子力为零，而恰恰是有最大的引力，的地方才表示分子力为零。因此，乙分子从r3到r1 一直受到引力作用，作加速运动，分
10、子力作正功，分子势能减小。只能选A答案。 3、截距的物理意义 截距是图线与两坐标轴的交点所代表的坐标数值，该数值具有一定的物理意义。例2水平面上两根足够长的金属导轨平行固定放置，间距为L，一端通过导线与阻值为R的电阻连接；导轨上放一质量为m的金属杆（见右上图），金属杆与导轨的电阻忽略不计；均匀磁场竖直向下.用与导轨平行的恒定拉力F作用在金属杆上，杆最终将做匀速运动.当改变拉力的大小时，相对应的匀速运动速度v也会变化，v与F的关系如右下图.（取重力加速度g=10m/s2）由vF图线的截距可求得什么物理量？其值为多少解析 由直线的截距可以求得金属杆受到的阻力f，f=2（N） 若金属杆受到的阻力仅为
11、动摩擦力，由截距可求得动摩擦因数 4、斜率的物理意义 物理图象的斜率代表两个物理量增量的比值，其大小往往代表另一物理量值。如图象的斜率为速度，图象的斜率为加速度、图象的斜率为负载的电阻等。当要比较两物体的速度和加速度时，作图象往往会有“踏破铁鞋无觅处，得来全不费功夫”的感觉。 例3、如图所示质量相同的木块A、B用轻弹簧相连，静止在光滑水平面上。弹簧处于自然状态。现用水平恒力F向右推A。则从开始推A到弹簧第一次被压缩到最短的过程中，下列说法中正确的是（）A两物块速度相同时，加速度aA=aB B两物块速度相同时，加速度aAaBC两物块加速度相同时，速度 D两物块加速度相同时，速度 解析：在F的作用
12、下A向右运动，开始压缩弹簧，被压缩的弹簧会产生弹力分别推A和B。A的合力是F减去弹簧的弹力，而B的合力只有弹力。弹力是变力，随压缩量的增加而增大。所以，刚开始A是加速度减小的加速运动，B是加速度增加的加速运动。我们直接分析会觉得这个题目很难解，而且很容易出错。若我们把A、B的运动情况用vt图象来表示，则答案就一目了然。它们的图象如上图，在t2时A和B速度相等，但那一点切线的斜率B大A小，所以aAaB，而当t=t1时，斜率一样，但，所以C正确。5、图象中图线与坐标轴所围面积的物理意义有些物理图象的图线与横轴所围的面积的值，它常代表另一个物理量的大小。如图中，图线与t轴所夹的面积代表位移，图象中图
13、线与s轴所夹的面积代表功，图象中图线与t轴所夹的面积代表冲量，图象中图线与t轴所夹的面积代表电量，图象中图线与s轴所夹的面积代表了时间等。 例4完全相同的两辆汽车，以相同速度在平直的公路上并排匀速行驶，当它们从车上轻推下质量相同的物体后，甲车保持原来的牵引力继续前进，乙车保持原来的功率继续前进，一段时间后：（ ）A. 甲车超前B. 乙车超前C. 仍齐头并进D. 先是甲车超前，后乙车超前解析：如果考虑列式分析，恐难以解决的。那么我们利用所熟悉的匀加速运动和功率不变条件下的速度时间图象解决此题就十分方便了。两辆车以相同的速度并排行驶时，当同时从两辆车上轻推下质量相同的物体，它们所受阻力必定有所减小
14、，使牵引力大于阻力，速度增大。不过此后，甲车保持原来的牵引力则做匀加速运动；乙车保持功率不变（，速度增大，则牵引力减小）做加速度越来越小的加速运动。容易看出，它们的初速度一致，匀加速运动的图线一定是功率不变的加速运动图线在零时刻的切线，很明显乙曲线与时间轴围成的面积小于甲图线与时间轴围成的面积，即相同时间内乙的位移小于甲的位移。故甲车一定超前乙车，所以本题应选A。6、从图象中获取其他的信息 有些题，图象仅仅描述的是物体在不同阶段时，某一物理量是如何变化的。例5、放在水平地面上的一物块，受到方向不变的水平推力F的作用，F的大小与时间t的关系和物块速度与时间t的关系如下左图和右图所示。取重力加速度g10m/s2。由此两图线可以求得物块的质量m和物块与地面之间的动摩擦因数分别为（ ）2130246810FNts202468104tsvm/sAm0.5kg，0.4 Bm1.5kg，Cm0.5kg，0.2 Dm1kg，0.2解析：本题的关键是在图象中获取相关信息：0至2s在1N的水平推力作用下，物体静止；2s至4s在3N的水平推力作用下，物体做加速度为2m/s2的匀加速直线运动；4s至6s在2N的水平推力作用下，物体做匀速直
