1、 专题二十专题二十 初中物理图像问题初中物理图像问题 利用图像分析处理物理问题是一种科学方法，各个版本物理教材在研究物理规律时，通过实验数据可 以得到图像，这个图像能直观形象的给出两个物理量之间的关系，结合物理公式就能知道其它量的数值。 物理学科的力电热光知识体系的问题都离不开图像法。每年全国各地每年中考试题里都含有图像题，重视 图像法解决物理问题是毕业班学生提高成绩的不可忽视的创新举措。 一、物理图像题 1图像内容 对于图像类问题，主要考察温度时间图像；路程时间图像、速度时间图像；质量体 积图像；电流电压图像、电阻温度图象、电阻压力图象；压强深度图像；像距物距 图像；力时间图像；浮力深度图像
2、；大气压高度图像等的认识和理解。从而让学生在深层次 上掌握图像和物理规律间的内在联系。利用物理图象比较物理量、根据规律选择图象、利用图象获取信息、 利用图象进行计算、绘制图象等。利用图像处理物理问题是课程标准所要求的一种研究物理规律的方法。 是考试说明强调的每年必考的知识点。 2图像题考法 图像问题涵盖面广，在选择题、填空题、分析简答题、实验与探究题、综合题中都能经常遇到图像问 题，要高度重视。解答图象题的总纲领是：先搞清楚图象中横坐标、纵坐标所表示的物理量；弄清坐标上 的分度值；明确图象所表达的物理意义，利用图象的交点坐标、斜率和截距及图象与坐标轴所包围的面积 等，进行分析、推理、判断和计算
3、；根据图象对题目中的问题进行数据计算或做出判断性结论。河北省在 中考试卷中， 每年都在最后两道大题其中的一道题里出现一个涉及利用图象提供信息的计算题。 分值可观， 加强训练。 二、用图像法解决物理问题基本思路 解答图象题的总纲领是：先搞清楚图象中横坐标、纵坐标所表示的物理量；弄清坐标上的分度值；明 确图象所表达的物理意义，利用图象的交点坐标、斜率和截距及图象与坐标轴所包围的面积等，进行分析、 推理、判断和计算；根据图象对题目中的问题进行数据计算或做出判断性结论。我省各地市在中考试卷中， 每年都在最后两道大题其中的一道题里出现一个涉及利用图象提供信息的计算题。分值可观，加强训练。 三、运用物理图
4、像解决力热电光问题实例解析 1.从图象中获取有用信息，巧用图像的面积解决力学问题。 【例题 1】下列图象中，能正确反映匀速直线运动的是（ ） 答案：B 【例题 2】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v与时间 t 的关系如下左图和右图所示。 已知物块运动时受到的摩擦力是重力的 0.4 倍， 取 g10m/s 2。 由此两图线可以知道 下列结论错误的是 （ ） A物块的质量为 m0.5kg，物块运动时受到的摩擦力为 f=2N； B物块在 4s6s 时间内水平推力做功为 16J； C物块 02s 时间内在 1N 的水平推力作用下，处于
5、静止状态； D物块 2s4s 时间内的平均速度大小为 4m/s。 答案： D 解析：巧用图像的面积解决力学问题。本题关键点在于用速度时间图像与横轴围成的面积等于变速运 动的物体在一定时间内运动的路程。 根据图像可以获得以下相关信息：0 至 2s 时间内物块在 1N 的水平推力作用下静止，所以 C 结论正确；4s 至 6s 时间内在 2N 的水平推力作用下，做匀速直线运动，F=f=0.4mg=2N ，m=0.5kg. 所以结论 A 正确； 由于 F=2N,s=vt=4m/s2s=8m, 水平推力做功 W=Fs=2N8m=16J,所以 B 结论正确； 2 1 3 0 2 4 6 8 10 FN t
6、s 2 0 2 4 6 8 10 4 ts vm/s 2s 至 4s 时间内做变速直线运动，初中阶段涉及平均速度，求解办法是利用 V=s/t。这时的路程 s 就是速度 时间图像上的图线与横轴围成的三角形面积的数值。s=24/2=4 V=s/t=4m/2s=2m/s,所以 D 项结论错误。 【例题 3】 用弹簧测力计悬挂一实心物块， 物块下表面与水面刚好接触， 如图甲所示。 从此处匀速下放物块， 直至浸没于水中并继续匀速下放（物块未与水底接触） 。物块下放过程中，弹簧测力计示数 F 与物块下表面 浸入水的深度 h 的关系如图乙。g 取 10N/kg，水的密度是 1.010 3kg/m3求： （1
7、）物块受到的重力； （2）物块完全浸没在水中受到的浮力； （3）物块的密度。 答案： （1）物块受到的重力为 18N； （2）物块完全浸没在水中受到的浮力为 8N； （3）物块的密度为 2.2510 3kg/m3。 物体的重力为 G，质量为 m=， 则物体的密度为：=水=1.010 3kg/m3=2.25103kg/m3。 2. 巧用从图象中获取的有用信息，结合物理规律解决热学问题。 【例题 1】下列关于图象的表述，正确的是（ ） A B C D A.如图，表示在水加热至沸腾的过程中，温度与加热时间的关系 B如图，表示在液体凝固成晶体的过程中，温度与放热时间的关系 C如图，表示同种物质质量与体
8、积的关系 D如图，表示匀速直线运动路程与时间的关系 答案：B 【例题 2】某物理兴趣小组的同学，用煤炉给 10kg 的水加热，同时他们绘制了如图所示的加热过程中水温 随时间变化的图线。若在 6min 内完全燃烧了 2kg 的煤，水的比热容为 4.210 3J/（kg） ，煤的热值约 为 310 7J/kg。求： （1）煤完全燃烧产生的热量； （2）经过 6min 时间加热，水所吸收的热量； （3）煤炉烧水时的热效率。 答案： （1）610 7J（2）2.52106J（3）4.2%。 6 7 2.52 10 100%100%4.2% 6 10 QJ QJ 吸 放 3.从图象中获取相关的信息，巧用
9、图像截距解决电学问题 【例题 1】如图是 R1、R2两电阻的电压与电流关系图象，由图可知，电阻 R1的阻值为 ，若将两电阻并 联后接在 3V 电源两端，干路电流为 A。 答案：10；0.9。 解析：本题考查了并联电路的特点以及欧姆定律的应用，关键是根据图象读出电流和电压的对应值。由图 象读出电阻 R1的任意一组电压和电流值， 根据欧姆定律求出电阻 R1的阻值； 两电阻并联时两端的电压相等， 根据图象读出对应的电压，再根据并联电路的电流特点求出干路电流。 温度温度/ 时间时间/min 0 2 4 6 20 50 70 80 （1）由图象可知，当 I=0.3A 时，R1的电压 U1=3V， 则由
10、I=可得 R1的阻值： R1=10； （2）将两电阻并联后接在 3V 电源两端，则 U1=U2=U=3V， 由图象可知，此时 I1=0.3A，I2=0.6A， 由并联电路的电流特点可得，干路电流：I=I1+I2=0.3A+0.6A=0.9A。 【例题 2】如图甲所示的电路，在滑动变阻器 R2的滑片 P 从 B 向 A 滑动的过程中，电压表与电流表示数的变 化关系如图乙所示，则下列说法中正确的是 AR1的阻值是 20 B当电流表的示数是 0.4A 时，R2接入电路的阻值是 30 C电源电压是 16V D该电路的最大电功率为 7.2W 答案：A 解得 R1 =20，电源电压 U=18V. 当电流表
11、的示数是 0.4A 时，电压表读数为 10V，R2接入电路的阻值是 25. I/A 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 4 8 12 16 0 U/V 图乙 图甲 A R1 P A B S R2 V 根据 P=UI 知道。U 一定，I 最大时，电路电功率最大。电路电阻最小，也就是滑动变阻器接入电路阻值为 0.这时最大电流 Im=0.9A。 Pmax=U Im=18V0.9A=16.2W 综合分析得到正确结果选 A。 【例题 3】如图甲电路中，电源电压保持不变，R1是定值电阻。当开关 S 闭合，滑动变阻器 R2的滑片 P 由 a 端移动到 b 端，两电表示数变化关系如图乙所示，则下列说法中正
12、确的是（ ） A电源电压为 14V BR2的最大阻值是 30 C滑片 P 由 a 向 b 恰好移动三分之一长度时 R1的电功率为 1.25W D滑片 P 在 a 端时，2 分钟内 R2消耗的电能是 144J 答案：BCD 解析: =0.25A，所以 R1的电功率：P1=I 2R 1=（0.25A） 220=1.25W，故 C 正确； D.P 在 a 端时， 由 B 项解答可知电路中电流 I=0.2A， 此时 U1=4V， 则 2 分钟内 R2消耗的电能： W2=U2It= （10V 4V）0.2A120s=144J，故 D 正确。 4.从图象中获取相关的信息，结合规律解决光学问题。 【例题 1
13、】小明在探究“物距和物高一定时，物体经小孔所成像的高度和像距的关系”时，所用的实验器材 有：用发光二极管做成的物体、有小孔的方纸板、用半透明塑料膜做成的屏、量程为 030 cm 的直尺。 实验装置的示意图如图所示。 （1）该实验应该在较_（选填“亮”或“暗” ）的环境下进行。 （2）记录的实验数据如下表，请在方格纸上画出像高与物距的关系图像。 实验次数 1 2 3 4 5 6 物距u/cm 相同 物高h1/cm 相同 像距v/cm 4.0 8.0 12.0 16.0 20.0 24.0 像高h2/cm 2.0 4.1 6.0 8.0 9.9 12.0 （3）根据图像，得出的探究结论是：_。 （
14、4）另一名同学在做实验时，更换了部分实验器材，其实验装置的示意图如图所示。外筒（足够长）用不 透明的材料制成，左端开有小孔；内筒（内径约 14 cm）的筒壁用不透明的材料制成，左端用半透明塑料膜 做屏，并可以在外筒中自由地拉出或推入，其他器材不变。和小明使用的装置相比较，请说出该同学用这 样的装置做实验的好处和不足（各写一条即可） 。好处_；不足_。 答案：答案： （1）暗（2）如图所示（3）物距和物高一定时，物体经小孔所成的像的高度与像距成正比（4）方便 改变像距 像高不方便测量 【例题 2】 某同学在 “探究凸透镜成像规律” 的实验中， 绘制了如图所示的图象 （v 表示像到凸透镜的距离，
15、u 表示物体到凸透镜的距离） ，用该凸透镜作放大镜使用时，被观察的物体到透镜的距离在 m 以内；把 物体从距凸透镜 5cm 处移动到距凸透镜 20cm 处的过程中，像的大小将 （选填“变大” 、 “变小” 、 “先 变小再变大” 、 “先变大再变小” ） 。 答案：0.05；变小。 解析：凸透镜成像的四种情况和应用，以及凸透镜成实像时，物距、像距、像之间的关系，是凸透镜成像 习题的重要依据，一定要熟练掌握。 （1）根据凸透镜成像的几种情况和应用进行判断：uf，成正立、放大的虚像，应用于放大镜和老花镜。 （2）当物距大于焦距时，凸透镜成实像；凸透镜成实像时，物距增大，像距减小，像变小；凸透镜成需
16、像 时，物距增大，像变大。 由凸透镜成像规律可知，u=v=2f，凸透镜成倒立、等大的实像，由图象可知，u=v=2f=10cm 时，所以 f=5cm=0.05m， 用该凸透镜作放大镜使用时，uf，成正立、放大的虚像，即被观察的物体到透镜的距离在 0.05m 以内； 把物体从距凸透镜 5cm 处移动到距凸透镜 20cm 处的过程中，物距增大，像距减小，像变小。 【例题 3】小明同学在做“探究凸透镜成像现律”的实验， （1） 前面学过， 物体离照相机的镜头比较远， 成缩小的实像， 物体离投影仪的镜头比较近， 成放大的实像， 物体离放大镜比较近，成放大、正立的虚像。据此小明据出的问题是，像的虚实、大小
17、，正倒跟 有 什么关系？ （2）如图甲，小明让平行光正对凸透镜照射，光屏上出现一个最小最亮的光斑，则凸透镜的焦距 f= cm。 （3）小明所用实验装置如图乙所示，若将凸透镇放在光具座刻度 50cm 位置处不变，把蜡烛放在刻度 10cm 处，利用此时凸透镜成像的特点制成的光学仪器是 （选填“照相机” 、 “放大镜”或”投影仪” ） （4）如图丙所示是小明通过实验得到的凸透镜成像时的像距 v 和物距 u 关系的图象，由图象可知成实像时 物距逐渐减小，像距逐渐 。当 u2f 时，物体移动速度 （选“大于” 、 “小于“或“等于” ） 像移动的速度，当 fu2f 时，物体移动速度 （选填“大于” ，
18、“小于”或“等于” ）像移动的速度。 物距逐渐减小，像距逐渐增大。当 u2f 时，物体移动速度大于像移动的速度，当 fu2f 时，物体移动 速度小于像移动的速度。 5.从图象中获取相关的信息，结合规律解决综合问题。 【例题 1】洗碗机是自动清洗、筷、盘、碟等餐具的机器。某型号家用洗碗机工作程序为：首先给水箱水， 当水注满时停止注水并自动加热， 水温上升到 50即停止加热， 洗涤程序启动， 水从喷管喷出对餐具清洗、 喷淋，直到洗涤过程结束，排水系启动，将水箱中的废水排出，水的比热容为 4.210 3J/（kg） ，设水箱 中水的初温为 20，加热时产生的热量全部被水吸收。 （1）图甲为等效的加热
19、电路图，R 为发热电阻，其中位于水箱上部的两个导电块 A、B 组成一个开关。此开 关除了具有注满水自动加热功能（一般的水是导体）外，还具有当加热过程中意外排水或排水阀没有关好 时， 的功能。 （2）图乙为该洗碗机某次正常工作时的 Pt 图象。求发热电阻的阻值多大？不计水的电阻。 （3）某家庭每天洗碗 2 次，若人工洗碗一次用水 20kg，则改用该选碗机洗碗，该家庭一年（按 300 天）可 节水多少千克？ 答案： （1）自动停止加热； （2）发热电阻的阻值为 60.5； （3）该家庭一年（按 300 天）可节水 7200 千克。 解析： （1）由等效的加热电路图可知，洗碗机位于水箱上部的两个导电块 A、B 组成一个开关。此开关除了 具有注满水自动加热功能（一般的水是导体）外，还具有当加热过程中意外排水或排水阀没有关好时，开 关自动断开，即还具有自动停止加热的功能。 （2）由图乙可知，该洗碗机正常加热时的功率 P=800W，不计水的电阻， 由 P=可得，发热电阻的阻值： R=60.5；