湖南省湘潭市凤凰中学2022届高考物理一轮复习 物理图像及其应用检测试题

湖南省湘潭市凤凰中学2022届高考物理一轮复习物理图像及其应用检测试题一、运动图像物理规律用数学表达出来后，实质是一个函数关系式，如果这个函数式仅有两个变量，就可用图象来描述物理规律。这样就将代数关系转变为几何关系，而几何关系往往具有直观、形象、简明的特点。因此，由图象处理物理问题可达到化难为易，化繁为简的目的。若将不同的研究对象的运动规律或同一研究对象不同阶段的运动规律在同一坐标上的图象作出来，那么图象可比较的特点就彰显出来。因此，图象可以处理对象多、过程复杂的一些问题。更有一些用文字或公式很难表达清楚地物理规律、物理过程，也可以用图象直观、简明地表达出来。力学中，常见图象有：位移—时间、速度—时间、力（加速度）—时间、力（加速度）—位移等。v/(m·s-1)5-50t/s24【例题1】如图，一物体做匀变速直线运动的速度图象，令t=0时的位置为原点，若只研究前4s的运动情况，则由图象可知（）A．物体始终沿正方向运动B．物体先沿负方向运动，2s后开始沿正方向运动C．物体做匀速直线运动D．t=2s时，物体距原点最远【训练1】某物体运动的速度图象如图所示，根据图象可知（）t/sυ/m·s-1O12342A、0—2s内的加速度为1m/s2B、0—5s内的位移为10mC、第1s末与第3s末的速度方向相同D、第1s末与第5s内的加速度方向相同x/ms10t/ss2Bt1t2【例题2】如图，同一直线上运动两质点A、B的位移图象，由图可知（）A．t=0时，A在B前面B．B在t2末追上A，并在此后跑在A的前面C．B的运动速度比A的大D．B开始速度比A小，t2s后才大于A的速度【例题3】某物体做直线运动的v—t图象如图所示，据此判断(F表示物体所受合力，x表示物体的位移)，四个选项中正确的是（）【训练3】原来静止在光滑水平面上的物体，在如下图所示的水平力F作用下运动，则跟该F—t图象相对应的图象正确的是(）【例题4】水平地面上放着一质量为1kg的物体，t=0时在一个方向不变的水平拉力作用下运动，t=2s时撤去拉力，物体在4s内速度随时间的变化如图所示,则物体（）A、所受的摩擦力大小为1NB、第1s内受到的拉力大小是2N9\nC、在4s末回到出发点D、在4s内的平均速度为1.5m/s【训练4.1】如图甲所示，用一水平力F拉着一个静止在倾角为θ的光滑斜面上的物体,逐渐增大F，物体做变速运动，其加速度a随外力F变化的图象如图乙所示,若重力加速度g取10m/s2，根据图乙中信息可计算出：A、物体的质量B、斜面的倾角C、使物体静止在该斜面上所施加的最小外力D、加速度为6m/s2时物体的速度【例题5】质量为2kg的物体，放在动摩擦因数μ=0.1的水平面上，在水平拉力作用下，由静止开始运动，水平拉力做的功W和物体发生的位移x之间的关系如图所示，g取10m/s2，则（）A、此物体在AB段做匀加速直线运动B、此物体在AB段做匀速直线运动C、此物体在OA段做匀加速直线运动D、此物体在OA段做匀速直线运动【训练5.1】甲、乙两个质量相同的物体受到竖直向上的拉力作用从同一高度向上运动,它们的运动图象如图所示，则下列说法正确的是（）A．在0~t1时间内甲的加速度越来越大B．在t=t1时刻两物体的高度相同C．在t=t1时刻甲所受拉力的瞬时功率大于乙所受拉力的瞬时功率D．在t=t2时刻甲所受的拉力大于乙所受的拉力【训练5.2】(2022上海卷)物体沿直线运动的v-t关系如图所示，已知在第1秒内合外力对物体做的功为W，则（）A．从第1秒末到第3秒末合外力做功为4W。B．从第3秒末到第5秒末合外力做功为－2W。C．从第5秒末到第7秒末合外力做功为W。D．从第3秒末到第4秒末合外力做功为－0.75W。【训练5.3】如图所示，一质量为m的滑块以初速度v0自固定于地面的斜面底端A开始冲上斜面，到达某一高度后返回A，斜面与滑块之间有摩擦。下图分别表示滑块在斜面上运动的整个过程中速度v、加速度a、势能EP和机械能E随时间的变化图线，可能正确的是（）9\n【训练5.4】一质点竖直向上运动，运动过程中质点的机械能与高度关系的图象如图所示，其中0—h1过程的图线为水平线，h1—h2过程的图线为倾斜直线．根据该图象，下列判断正确的是（）A．质点在0—h1过程中除重力外不受其它力的作用．B．质点在0—h1过程中动能始终不变．C．质点在h1—h2过程中合外力与速度的方向一定相反．D．质点在h1—h2过程中不可能做匀速直线运动【例题6】如图所示，在倾角为300的足够长的光滑斜面上有一质量为m的物体，它受到沿斜面方向的力F的作用。力F可按图（a）、（b）（c）、（d）所示的四种方式随时间变化（图中纵坐标是F与mg的比值，力沿斜面向上为正）。已知此物体在t=0时速度为零，若用v1、v2、v3、v4分别表示上述四种受力情况下物体在3秒末的速率，则这四个速率中最大的是（）A、v1B、v2C、v3D、v4【训练6.1】如图甲所示，物体沿斜面由静止滑下，在水平面上滑行一段距离后停止，物体与斜面和水平面间的动摩擦因数相同，斜面与水平面平滑连接。图乙中、、和分别表示物体速度大小、加速度大小、摩擦力大小和路程。图乙中正确的是（）【训练6.2】地面以速率竖直上抛的一个可以视为质点的小球，由于受空气阻力，小球落回地面的速率减为，若空气阻力与运动速率成正比，则整个运动过程中的速度图像（取竖直向上为正）为（　　　）ＡＢＣＤ9\n二、图象法在物理问题中的应用1.图象法的在高中物理中常见类型及规律（1）线型此类图象是利用线性函数的特点，或是正比例关系，或是一次函数关系。这种类型是物理学上用得最多也是最重要的一种，它既可以用来进行定性研究，也可以进行定量研究物理量间的关系。凡是用比值法定义的物理量都可以用此类图象的斜率来表示。（2）正弦型（或余弦型）此类图象一般用来表示振动图象或波动图象。主要集中在力学部分的简谐运动的图象和波动图象、电学部分的交流电各物理量(如e、i、u等瞬时值)与时间的关系图象和振荡电路中的各物理量（如q、i、E、B等瞬时值）与时间的关系图象。此类图象的特点是具有周期性。（3）抛物型此类图象高中阶段最主要是用来研究平抛运动（或类平抛）的轨迹。当然还有其它的，如匀变速直线运动的图象等，但因为其图象为曲线不便定量研究，大多为定性研究两物理量的关系。（4）双曲型此类图象用于成反比关系的两个物理量之间。如力一定时，a－m图象；机车功率一定时，图象等。但此类图象都可以转换成线型，故此类较少用。此外还有其它一些类型如方型、锯齿型等，这些一般只在特定的环境下使用。2.图象法的优越性（1）利用图象描述物理过程更直观从物理图象可以更直观地观察出物理过程的动态特征，清晰地表达物理过程，正确地反映物理规律。（2）利用图象解题可以使解题过程简化，思路更清晰，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，用图象法可能使你豁然开朗。pqqABC【例题7】一个固定在水平面上的光滑物块，其左侧面是斜面AB，右侧面是曲面AC。已知AB和AC的长度相同。两个小球p、q同时从A点分别沿AB和AC由静止开始下滑，比较它们到达水平面所用的时间p小球先到q小球先到C.两小球同时到D.无法确定【训练7.1】如图所示为一物体做直线运动的速度图象，初速度为，末速度为，则物体在该段时间内的平均速度为：（）A、B、C、D、无法判断【训练7.2】甲、乙、丙三辆汽车在平直的公路上行驶，同时经过某一路标时速度相同，从此时开始,甲车一直做匀速直线运动，乙车先加速后减速，丙车先减速后加速，它们经过下一个路标时速度又相同.则　　(　)9\n　A.甲车先通过下一个路标　B.乙车先通过下一个路标　C.丙车先通过下一个路标　D.条件不足，无法判断（3）利用图象分析、解决问题，可以培养学生的空间想象能力和形象思维能力。（4）利用图象分析物理实验运用图象处理物理实验数据和研究两个物理量之间关系是物理实验中常用的一种方法，这是因为它除了具有简明、直观、便于比较和减少偶然误差的特点外，还可以用图象求第三个相关物理量、运用图象求出的相关物理量误差也比较小。3.图象法本身的几何规律及在高中物理中的相关应用（1）利用图象上坐标点因为图象是自变量与因变量所对应坐标构成的一系列点连接而成的，只要知道其中一个变量，就可以求另一个变量。因此物理中常常利用图象中的点来求解物理问题，特别是“起点”、“终点”、“交点”、“极值点”、“拐点”，它们往往对应一个特殊状态，因为这些点具有特殊的物理意义。如图象与纵轴或横轴的交点：从数学的角度看，这些点取值容易，且计算方便；从物理角度看，这些点具有鲜明的物理意义。如在闭合电路的路端电压U和总电流I的U-I图象中：图象与纵轴的交点表示电源的电动势,与横轴的交点表示短路电流（路端电压从零开始计数）。【例题8】如图所示，A，B两条直线是在A，B两地分别用竖直向上的力F拉质量分别是和的物体实验得出的两个加速度a与力F的关系图线，由图分析可知A．B．两地重力加速度C．D．两地重力加速度【例题9】某同学做了如下的力学实验：一个质量为ｍ的物体放在水平面上，物体受到向右的水平拉力F的作用后运动，设水平向右为加速度的正方向，如图7-27-3（a）所示现测得物体的加速度ａ与拉力F之间的关系如图(b)所示，由图象求物体的质量及物体与水平面间的动摩擦因数。0.45kg（2）利用过图象上某点切线所确定的斜率斜率所反应是一个变量相对另一个变量的变化率。因此在物理学中经常用两个物理量构成的线型关系或非线型关系来判断两个物理量之间的关系，以及由这两个物理量斜率所确定物理量的变化规律。常见应用如下：①比值法定义的物理量。如：-t图象的斜率确定的速度v、v-t图象的斜率确定的加速度a、φ9\n-t图象的斜率确定的电动势E等等。由斜率确定的这些物理量当图象为直线时，物理量的大小和方向恒定；当图象为曲线时，物理量的大小和方向随斜率的变化而变化，其中方向由斜率的正负决定。因此只有理解这些规律才能灵活加以运用。如下图中甲图表示物体做匀速运动，斜率表示物理的速度大小和方向；乙图表示物体做变速运动，乙图上各点的斜率随时间t的增大而增大，则可知物体的速度越来越大；由此规律就可知丙图振动图象中的各时刻振动物体的速度大小和方向。以此类推，v-t图象、φ-t图象等都可从直线变为曲线，只要理解了斜率的物理意义，这样就可以轻松面对和运用此类变化。②控制变量法研究物理规律时，被假定不变的物理量一定与斜率有关。如物体质量一定时，加速度与合外力的图线的斜率就与质量有关，这样就可通过斜率来研究这个此类物理量。【例题10】空间某一静电场的电势在轴上分布如图所示，轴上两点B、C点电场强度在方向上的分量分别是、，下列说法中正确的有A．EBx的大小大于ECx的大小B．EBx的方向沿x轴正方向C．电荷在点受到的电场力在方向上的分量最大D．负电荷沿轴从移到的过程中，电场力先做正功，后做负功（3）利用图象与坐标轴所围成的面积这个面积与两个变量的乘积有关。因此物理学中只要是两个物理量的乘积确定的物理量都可以用面积而表示，如图中，图线与t轴所夹的面积代表位移，图象中图线与s轴所夹的面积代表功，图象中图线与t轴所夹的面积代表电量，图象中图线与s轴所夹的面积代表了时间等，端电压图的面积是功率。如右图所示a为电源的U-I图象；b为外电阻的U-I图象；两者的交点M坐标表示该电阻接入电路时电路的总电流和路端电压；该点和原点之间的矩形OPMQ的面积表示输出功率,当M点在a图线从上往下移动的过程中，矩形所围面积先增大后减小，从而推出电源输出功率的变化规律；另外a的斜率的绝对值表示内阻大小；b的斜率的绝对值表示外电阻的大小；当两个斜率相等时（即内、外电阻相等时）图中矩形面积最大，即输出功率最大（可以看出当时路端电压是电动势的一半，电流是最大电流的一半）。此图很好地把恒定电流的知识融于其中，充分利用了图象法的上述各个特点，也充分地展现了图象法的优越性。【例题11】一物体在外力的作用下从静止开始做直线运动，合外力方向不变，大小随时间的变化如图所示。设该物体在t0和2t0时刻相对于出发点的位移分别是x1和x2，速度分别是v1和v2，合外力从开始至t0时刻做的功是W1，从t0至2t0时刻做的功是W2，则A．B．C．D．【训练11】在消防演习中，消防队员从一根竖直的长直轻绳上由静止滑下，经一段时间落地．为了获得演习中的一些数据，以提高训练质量，研究人员在轻绳上端安装一个力传感器并与数9\n据处理系统相连接，用来记录消防队员下滑过程中轻绳受到的拉力与消防队员重力的比值随时问变化的情况．已知某队员在一次演习中的数据如图所示，经2.5s时间落地。(取)求：(1)该消防队员下滑过程中，在0～1s内的加速度是多少?(2)该消防队员在下滑过程中的最大速度是多少?(3)该消防队员在下滑过程中落地速度是多少?综上所述，高中物理中的图象法充分地利用了数学图象的“点”、“线”、“面”。只不过在物理学中，不同物理图象中的“点”、“线”、“面”具有不同的物理意义，这是理解和利用图象法的关键所在。4.用图象法解决物理问题的常见题型（1）选图题这类问题可用“排除法”,即排除与题目要求相违背的图象，留下正确图象；也可用“对照法”，即按照题目要求画出正确草图，再与选项对照。解决此类问题的关键就是把握图象特点、分析相关物理量的函数关系或物理过程的变化规律。【例题12】如图所示，竖直放置的螺线管与导线abcd构成回路，导线所围区域内有一垂直纸面向里的匀强磁场，螺线管下方水平桌面上有一导体圆环，导线abcd所围区域内磁场的磁感应强度按下图中哪一种图线随时间变化时，导体圆环将受到向上的磁场力(A)（2）作图题此类题首先和解常规题一样，仔细分析物理现象，弄清物理过程，求解有关物理量或分析其与相关物理量间的变化关系，然后正确无误地作出图象.在描绘图象时，要注意物理量的单位，坐标轴标度的适当选择及函数图象的特征等，此类题在实验和计算题中比较常见。（3）图象转换题此类题首先要识图，即读懂已知图象表示的物理规律或物理过程，然后再根据所求图象与已知图象的联系，进行图象间的变换。【例题13】下图左图为某物体的v—t图象，将此图象转换为a—t图象（见下图）（4）利用图象法求解物理问题此类题要根据题意把抽象的物理过程用图线表示出来，将物理量间的代数关系转化为几何关系,运用前面总结出来的图象的规律分析解决物理问题。9\n5.用图象法解决物理问题时应注意以下几点（1）确定坐标轴所表示的物理量，明确图象的含意在数学中大部分变量都用x、y表示，没有什么实际意义，但物理图象却不同，坐标表示的物理量不同，图象所表达的物理意义也就不同，因此在识别图象时，必须首先弄清楚坐标轴所表达的是什么物理量。如图中的三个图象中，图线的形状完全相同，但由于坐标轴的物理量不同，所以它们所表达的含义就有根本的不同。图1表示质点作匀加速直线运动，且与纵轴交点表示初速度；图2表示质点作匀速直线运动，与纵轴交点表示初位移；图3表示质点作变速运动，与纵轴交点表示初加速度。（2）图象中的图线并不表示物体实际运动的轨迹如匀速直线运动的-t图象是一条斜向上的直线，不是实际运动的轨迹。（3）理解物理量正负的意义物理量分为标量和矢量：矢量的正负表示是方向，而并不是表示大小。如右图中的v－t图象就表示速度先减小后增大，但斜率一直为正且不变，表示物体做匀变速直线运动。而标量一部分只能取正值（如时间、质量、速率等）,故这些物理量就不能取负；一部分标量有正负之分，但正负号表示不同的物理意义。如功，正功表示这个力是动力，结果会导致物体的动能增加；负功表示这个力是阻力，结果会导致物体的动能减少。电量Ｑ的正负表示电性；电势（或电势差）表示某点相对参考点（或某两点）的电势的高低。磁通量φ的正负表示磁感线从不同的侧面穿过某一面积。等等，我们可以看出物理中的正负与数学中的正负是有区别的，但也有和数学有相同意义的物理量。在用图象法时要特别注意不同物理量正负的意义和区别。（4）注意物理图象中不同的物理量的定义域和值域物理量是有其实际意义的，正因为如此，在用图象法解决物理问题时，一定要注意各物理量的取值范围，如时间不能为负，闭合电路Ｕ－Ｉ图象只能是如右图所示的一条线段。故在作图或用图时要注意各物理量的取值范围。（5）要数学和物理相结合从物理意义上去认识图象很多情况下，需要写出物理量的解析式与图象对照，这样有助于理解图象物理意义。因为物理图象，它不仅仅是一种纯粹的数学表达，它也包含着丰富的内容。除搞清物理图象的物理意义外，还应加深理解图象对物理过程的反映；反过来，能由物理过程描绘出准确的图象，这是运用图象解决问题的困难所在。这就要求我们在教学过程中，尽量有意识地把一些物理过程用图象表达，让两者有机结合起来，相互渗透。（6）割线的物理意义有的物理图象中，图线上某点与坐标零点的割线的斜率才有意义，比如描绘小灯泡的伏安特性曲线。【例题14】如图所示，直线OAC为某一直流电源的总功率随着电流变化的图线，抛物线OBC为同一直流电源内部的热功率随电流I变化的图线。若A、B对应的横坐标为2A，则下面说法中正确的是（）A.电源的电动势为3V，内阻为1ΩB.线段AB表示的功率为2WC.电流为2A时，外电路电阻为0.5ΩD.电流为3A时，外电路电阻为2Ω评析：本题充分说明了在用图象法解题时，常常要把物理规律和物理图象相结合，才能真正理解图象中斜率、交点、截距和所围面积的实际物理意义。【训练14】在如图所示电路中，电源电动势为3.0V，内阻不计，L1、L2、L3为3个相同规格的小灯泡，这种小灯泡的伏安特性曲线如图所示。当开关闭合后，下列判断正确的是：A.灯泡L1的电阻为12Ω　　　　　　　B.通过灯泡L1的电流为灯泡L2电流的2倍9\nC.灯泡L1消耗的电功率为0.75W　　　D.灯泡L2消耗的电功率为0.30W9