高考物理图示法图像法解决物理试题解题技巧及练习题含解析

高考物理图示法图像法解决物理试题解题技巧及练习题含解析
一、图示法图像法解决物理试题
1．如图所示，将质量为2m 的重物悬挂在轻绳的一端，轻绳的另一端系一质量为m 的小环，小环套在竖直固定的光滑直杆上，光滑定滑轮与直杆的距离为d.现将小环从与定滑轮等高的A 处由静止释放，当小环沿直杆下滑距离也为d 时（图中B 处），下列说法正确的是
A ．小环刚释放时轻绳中的张力一定大于2mg
B ．小环到达B 处时，重物上升的高度也为d
C ．小环在B 处的速度与重物上升的速度大小之比等于
D ．小环在B 处的速度与重物上升的速度大小之比等于
【答案】AC 【解析】 【分析】 【详解】
由题意，释放时小环向下加速运动，则重物将加速上升，对重物由牛顿第二定律可知绳中张力一定大于重力2mg ，所以A 正确；小环到达B 处时，重物上升的高度应为绳子缩短的长度，即2h d d ∆=
-，所以B 错误；根据题意，沿绳子方向的速度大小相等，将小环A
速度沿绳子方向与垂直于绳子方向正交分解应满足：
A B v cos v θ=，即1
2A B
v v cos θ
==所以C 正确，D 错误． 【点睛】
应明确：①对与绳子牵连有关的问题，物体上的高度应等于绳子缩短的长度；②物体的实际速度即为合速度，应将物体速度沿绳子和垂直于绳子的方向正交分解，然后列出沿绳子方向速度相等的表达式即可求解．
2．如图，将一质量为2m 的重物悬挂在轻绳一端，轻绳的另一端系一质量为m 的环，环套在竖直固定的光滑直杆上，光滑的轻小定滑轮与直杆的距离为d ，杆上的A 点与定滑轮等高，杆上的B 点在A 点正下方距离A 为d 处．现将环从A 点由静止释放，不计一切摩擦阻力，下列说法中正确的是（）
A ．环到达
B 处时，重物上升的高度2
d B ．环能下降的最大距离为
43
d C ．环到达B 处时，环与重物的速度大小之比为
22
D ．环从A 到B 减少的机械能等于重物增加的机械能 【答案】BD 【解析】 【分析】 【详解】
根据几何关系有，环从A 下滑至B 点时，重物上升的高度h=2d−d ，故A 错误；环下滑到最大高度为h 时环和重物的速度均为0，此时重物上升的最大高度为22 h d d +-，根据机械能守恒有222(?)mgh mg h d d =+-，解得：h=
43
d
d ，故B 正确．对B 的速度沿绳子方向和垂直于绳子方向分解，在沿绳子方向上的分速度等于重物的速度，有：vcos45°=v
重物，所以
2v v 重物
＝，故C 错误；环下滑过程中无摩擦力对系统做功，故系统机械能守恒，即满足环减小的机械能等于重物增加的机械能，故D 正确；故选BD ．
3．用外力F 通过如图所示的装置把一个质量为m 的小球沿倾角为30°的光滑斜面匀速向上拉动，已知在小球匀速运动的过程中，拴在小球上的绳子与水平杆之间的夹角从45°变为90°，斜面与水平地面之间是粗糙的，并且斜面一直静止在水平地面上，不计滑轮处及滑轮与绳子之间的摩擦．则在小球匀速运动的过程中，下列说法正确的是
A ．地面对斜面的静摩擦力保持不变
B ．外力F 一直在增大
C ．某时刻绳子对水平杆上的滑轮轴的合力等于绳子的拉力
D ．绳子移动的速度大小大于小球沿斜面运动的速度的大小 【答案】BC 【解析】 【详解】
B ．设连接小球的绳子与水平方向的夹角为θ；对小球沿斜面方向：
sin(30)T mg θ=-
则当θ角从 45°变为90°的过程中，绳子的拉力变大，因F=T ，则外力F 一直在增大，选项B 正确；
A ．对小球和斜面的整体，地面对斜面体的摩擦力等于绳子拉力的水平分量，则
cos sin(30)cos f T mg θθθ==-可知，随θ角的增加，地面对斜面的静摩擦力f 是变
化的，选项A 错误；
C ．当 θ=90°时，滑轮两边绳子的夹角为120°，此时刻绳子对水平杆上的滑轮轴的合力等于绳子的拉力，选项C 正确；
D ．将小球的速度v 分解可知，绳子的速度1cos(30)v v θ=-，则绳子移动的速度大小小于小球沿斜面运动的速度的大小，选项D 错误； 故选BC. 【点睛】
此题涉及到的研究对象较多，关键是如何正确选择研究对象，并能对研究对象正确的受力分析，灵活运用整体及隔离法解题．
4．在绝缘光滑的水平面上相距为6L 的A 、B 两处分别固定正点电荷Q A 、Q B ，两电荷的位置坐标如图甲所示。

图乙是AB 连线之间的电势φ与位置x 之间的关系图像，图中x =L 点为图线的最低点，若在x =－2L 的C 点由静止释放一个质量为 m 、电量为+q 的带电小球（可视为质点，不影响原电场），下列有关说法正确的是
A ．小球在x =L 处的速度最大
B ．小球一定可以回到－2L 的
C 点处 C ．小球将在－2L 和+2L 之间作往复运动
D ．固定在A 、B 处点电荷的电量之比为Q A ︰Q B ＝4︰1 【答案】ABD 【解析】 【详解】
据φ-x 图象切线的斜率等于场强E 可知x=L 处场强为零，x=L 右侧电场为负，即方向向左，x=L 左侧电场为正，即方向向右；那么小球先向右做加速运动，到x=L 处加速度为0，从x=L 向右运动时，电场力方向向左，小球做减速运动，所以小球在x=L 处的速度最大，故A 正确。

x=L 处场强为零，根据点电荷场强则有：
，解得Q A ：Q B =4：1，故D
正确。

根据动能定理得：qU=0，得U=0，所以小球能运动到电势与出发点相同的位置，由图知向右最远能到达x>2L 的某位置，则小球应在x=-2L 到右侧x>+2L 的某位置区间内作往复运动，故B 正确，C 错误。

故选ABD 。

【点睛】
解决本题首先要理解φ-x 图象切线的意义，知道电场力做功和路径无关，只和初末两点的电势差有关，掌握电场力做功的公式W=qU 和电荷场强公式，灵活运用电场的叠加原理。

5．如图所示，在M 、N 两点分别固定点电荷+Q 1、－Q 2，且Q 1>Q 2，在MN 连线上有A 、B 两点，在MN 连线的中垂线上有C 、D 两点．某电荷q 从A 点由静止释放，仅在静电力的作用下经O 点向B 点运动，电荷q 在O 、B 两点的动能分别为E KO 、E KB ，电势能分别为E pO 、E pB ，电场中C 、D 两点的场强大小分别为E C 、E D ，电势分别为C D ϕϕ、，则下列说法正确的是（ ）
A ．E KO 一定小于E K
B B ．E pO 一定小于E pB
C ．E C 一定大于E
D D ．C ϕ一定小于D ϕ
【答案】AC 【解析】 【分析】 【详解】
AB ．电荷q 从A 点由静止释放，仅在静电力的作用下经O 点向B 点运动，说明静电力方向向右，静电力对电荷做正功，所以电荷动能增加，电势能减小，故A 项正确，B 项错误；
C ．据2Q
E k
r
=和正点荷产生电场方向由正电荷向外，负电荷产生的电场指向负电荷可得CD 两点场强如图
两电荷在C 处产生的场强大，夹角小，据平行四边形定则可得E C 一定大于E D ，故C 项正确；
D ．由C 的分析可知MN 连线的中垂线上半部分各点的场强方向向右上方，据等势线与电场线垂直，顺着电场线电势降低，可得C ϕ一定大于D ϕ，故D 项错误。

故选AC 。

6．如图物体A 和B 的质量均为m ，且分别用轻绳连接跨过定滑轮(不计绳与滑轮、滑轮与轴之间的摩擦)．当用水平变力F 拉物体B 沿水平方向向右做匀速直线运动的过程中( )
A ．物体A 也做匀速直线运动
B ．绳子的拉力始终大于物体A 所受的重力
C ．物体A 的速率小于物体B 的速率
D ．地面对物体B 的支持力逐渐减小 【答案】BD 【解析】 【分析】 【详解】
由速度的分解可得v A =v B cosα,而在B 向右运动的过程中,α减小,所以A 做变速运动,由数学知识可知v A 增大,即A 加速上升,绳子拉力大于重力,A 错,B 正确;由公式v A =v B cosα,可知C 错；分析A 的运动可知，当a 角趋于零时，A 的运动趋于匀速，A 的加速度减小,所以绳子对A 的拉力减小,D 正确，故选BD 【点睛】
本题难度较小，对于绳子末端的分解问题，注意两个分运动方向为：沿着绳子拽和垂直绳子摆
7．如图所示，将质量为2m 的重物悬挂在轻绳的一端，轻绳的另一端系一质量为m 的 环，环套在竖直固定的光滑直杆上A 点，光滑定滑轮与直杆的距离为d ．A 点与定滑轮等高，B 点在距A 点正下方d 处．现将环从A 处由静止释放，不计一切摩擦阻力，下列说法正确的是
A ．环到达
B 处时，重物上升的高度h =d
B ．环从A 到B ，环减少的机械能等于重物增加的机械能
C ．环从A 点能下降的最大高度为
43
d D ．当环下降的速度最大时，轻绳的拉力T=2mg 【答案】BC 【解析】 【分析】 【详解】
根据几何关系有，环从A 下滑至B 点时，重物上升的高度2h d d =
-，故A 错误；环下
滑过程中无摩擦力做系统做功，故系统机械能守恒，即满足环减小的机械能等于重物增加的机械能，故B 正确；设环下滑到最大高度为H 时环和重物的速度均为零，此时重物上升的最大高度为：22H d d --，根据机械能守恒有：(
)
222mgH mg H d d =--，解
得：43
d
H =
，故C 正确；环向下运动，做非匀速运动，就有加速度，所以重物向上运动，也有加速度，即环运动的时候，绳的拉力不可能是2mg ，故D 错误．所以BC 正确，AD 错误． 【点睛】
环刚开始释放时，重物由静止开始加速．根据数学几何关系求出环到达B 处时，重物上升的高度．环下滑过程中无摩擦力做系统做功，故系统机械能守恒，即满足环减小的机械能等于重物增加的机械能．环下滑到最大高度为H 时环和重物的速度均为零，根据机械能守恒求解．
8．取空间中两等量点电荷间的连线为x 轴，轴上各点电势φ随x 的变化关系如图所示，设x 轴上B 、C 两点的电场强度分别是E Bx 、E Cx ，下列说法中正确的是（ ）
A ．该静电场由两个等量同种点电荷产生
B ．该静电场由两个等量异种点电荷产生
C ．E Bx 的大小小于E Cx 的大小
D ．负电荷沿x 轴从B 点移动到C 点的过程中，电势能先减小后增大 【答案】AD
【解析】A 、B 、如果该电场由等量异种电荷产生，则两点电荷连线的中垂线是等势面，故连线中点为零电势点，可知静电场由两个等量同种点电荷产生．故A 正确，B 错误．C 、该图象的斜率等于场强E ，斜率越大，场强越大，则知E Bx 的大小大于E Cx 的大小，故C 错误；D 、负电荷沿x 轴从B 点移动到C 点的过程中，电势先升高后降低，根据公式E p =qφ，电势能先减小后作增加；故D 正确；故选AD ．
【点睛】电势为零处，电场强度不一定为零．电荷在电场中与电势的乘积为电势能．电场力做功的正负决定电势能的增加与否．
9．如图所示质量为m 、电荷量为q 的带电小球A 用绝缘细线悬挂于O 点，带有电荷量也为q 的小球B 固定在O 点正下方绝缘柱上.其中O 点与小球A 的间距为l ．O 点与小球 B 的间距为3l ，当小球A 平衡时，悬线与竖直方向夹角30θ=︒，带电小球A 、B 均可视为点电荷，静电力常量为k ，则( )
A ．A 、
B 间库仑力大小2
22kq F l
=
B ．A 、B 间库仑力3mg
F =
C ．细线拉力大小2
23T kq F l
=
D ．细线拉力大小3T F mg = 【答案】B 【解析】
A 的受力如图所示，
几何三角形OAB 与力三角形相似，由对应边成比例
3T F mg l =，则3T mg F =，由余弦定律2
2
2
(3)23cos30AB l l l l =+-︒=，则2
23T mg kq F F l
===，故B 正确．
点睛：本题借助于相似三角形和余弦定理求解拉力的大小，对于此类题要正确的画出受力图，组建三角形．
10．AB 是长为L 的均匀带电绝缘细杆，P 1、P 2是位于AB 所在直线上的两点，位置如图所示。

AB 上电荷产生的静电场在P 1处的场强大小为E 1，在P 2处的场强大小为E 2，若将绝缘细杆的右半边截掉并移走（左半边电荷量、位置不变），则P 2处的场强大小变为（ ）
A ．2
2
E B ．E 2–E 1 C ．E 1–2
2
E D ．E 1+
2
2
E 【答案】B 【解析】 【详解】
将均匀带电细杆等分为左右两段，设左右两段细杆形成的电场在P 2点的场强大小分别为E A 、E B ，则有E A +E B =E 2；左半段细杆产生的电场在P 1点的场强为0，右半段细杆产生的电场在P 1点的场强大小为E 1=E B ，去掉细杆的右半段后，左半段细杆产生的电场在P 2点的场强大小为E A =E 2–E B =E 2–E 1，选B 。

11．如图所示，在同一平面内互相绝缘的三根无限长直导线ab 、cd ，ef 围成一个等边三角形，三根导线通过的电流大小相等，方向如图所示，O 为等边三角形的中心，M 、N 分别为O 关于导线ab 、cd 的对称点．已知三根导线中的电流形成的合磁场在O 点的磁感应强度大小为1B ，在M 点的磁感应强度大小为2B ，若撤去导线ef ，而ab 、cd 中电流不变，则此时N 点的磁感应强度大小为（ ）
A ．12
B B + B ．12B B -
C ．
12
2B B + D ．
12
2
B B - 【答案】
C 【解析】 【分析】 【详解】
设每根导线中的电流在O 点产生的磁感应强度大小为0B ，ef 、cd 中的电流在M 点产生的磁感应强度大小都为0'B ，则在O 点有10B B =，在M 点有2002'B B B =+，撤去导线ef 后，在N 点有00'N B B B =+、联立式各式可得12
=2
N B B B +． A. 12B B +与计算结果12
=2N B B B +不相符，故A 不符合题意； B. 12B B -与计算结果12
=2
N B B B +不相符，故B 不符合题意 C. 122B B +与计算结果12
=2N B B B +相符，故C 符合题意； D.
122B B -与计算结果12
=2
N B B B +不相符，故D 不符合题意．
12．如图所示，16个电荷量均为+q(q>0)的小球(可视为点电荷)，均匀分布在半径为R 的圆周上若将圆周上P 点的一个小球的电荷量换成-2q ，则圆心 0点处的电场强度为
A ．22kq
R
，方向沿半径向左 B ．
22kq
R
，方向沿半径向右
C ．2
3kq
R ，方向沿半径向左 D ．
2
3kq
R ，方向沿半径向右 【答案】D 【解析】
该点场强可以看成是与P 对称的那个电荷+q 和P 点的电荷-2q 在该点场强的叠加，根据点电荷的场强公式得+q 的点电荷在圆心O 点处的电场强度大小为2
q
k R ，方向向右，点电荷-2q 在圆心O 点处的电场强度大小为2
2q k R ，方向向右，所以叠加来是23q
k R ，方向沿半径向右．故选择D.
【点睛】该题考查了场强叠加原理，还有对对称性的认识．由于成圆周对称性，所以如果没改变电荷之前肯定圆心处场强为0，而该点场强是所有电荷在该点场强的叠加，可以把这些电荷归为两类：一种是要移去的电荷，另一种是其他电荷．不管怎样，总之这两种电荷产生的合场强为0，所以只要算出改变的电荷在该点的场强和与它对称的电荷的场强即可得到．
13．如图所示，水平光滑长杆上套有物块Q ，跨过悬挂于O 点的轻小光滑圆环的细线一端连接Q ，另一端悬挂物块P ，设细线的左边部分与水平方向的夹角为θ，初始时θ很小。

现将P 、Q 由静止同时释放，角逐渐增大，则下列说法错误的是（ ）
A ．θ＝30°时，P 、Q 32
B ．θ角增大到90°时，Q 的速度最大、加速度最小
C ．θ角逐渐增大到90°的过程中，Q 的动能增加，P 的动能减小
D ．θ角逐渐增大到90°的过程中，Q 的机械能增加，P 的机械能减小 【答案】C 【解析】 【详解】
A.对Q 分析，根据速度和合成与分解可知，
v P =v Q cos30°， 解得
3P Q v v =，故A 正确，A 不合题意. B.P 的机械能最小时，即为Q 到达O 点正下方时，此时Q 的速度最大，即当θ=90°时，Q 的速度最大，此时水平方向的拉力为零，加速度最小，故B 正确;B 项不合题意.
C.θ角逐渐增大到90°的过程中，Q 的速度一直增大，P 的速度先增大，后减小，故Q 的动能增加，P 的动能先增大后减小，故C 错误;则C 项符合题意.
D.θ角逐渐增大到90°的过程中，绳的拉力一直做正功，故机械能增加，绳的拉力对P 一直做负功，机械能一直减小，故D 正确;D 项不合题意.
14．已知均匀带电圆盘在圆外平面内产生的电场与一个位于圆心的、等电量的同种点电荷产生的电场相同．如图所示，电荷总量为Q 的电荷均匀分布在半径为R 的圆盘上，在过圆心O 的直线上有A 、B 两点，O 与B ，B 与A 的距离均为R ，现以OB 为直径在盘内挖掉一个小圆盘，若静电力常量为k ，则剩余部分在A 处的场强大小为：
A ．24kQ R
B ．29kQ R
C ．2536kQ R
D ．2
1336kQ R 【答案】C
【解析】
由题意知，半径为R 的均匀带电圆盘在A 点产生场强为：122(2)4kQ kQ E R R =
= 同理割出的小球半径为2
R ，因为电荷平均分布，其带电荷量为：22()24Q R Q Q R ππ'=⨯= 则其在A 点产生的场强：22239()2
kQ kQ E R
R ='= 所以剩余空腔部分电荷在A 点产生的场强为：12222
54936kQ kQ kQ E E E R R R =-=-= 所以选择C.
【点睛】本题采用割补的思想方法求解，先求出整个大盘在B 点产生的场强，再求出割出的小圆盘在A 点产生的场强，利用整体场强等于剩余部分在A 点产生场强和割掉的小圆盘在A 点产生的场强矢量和，从而求出A 处的场强
15．如图所示，真空中有两个点电荷Q 1和Q 2，Q 1=+9q ，Q 2=-q ，分别固定在x 轴上x =0处
和x =6cm 处，下列说法正确的是（ ）
A ．在x =3cm 处，电场强度为0
B ．在区间上有两处电场强度为0
C ．在x >9cm 区域各个位置的电场方向均沿x 轴正方向
D ．将试探电荷从x =2cm 移到x =4cm 处，电势能增加
【答案】C
【解析】
【详解】
A .某点的电场强度是正电荷Q 1和负电荷Q 2在该处产生的电场的叠加，是合场强。

根据点电荷的场强公式E =2kq r
，所以要使电场强度为零，那么正电荷Q 1和负电荷Q 2在该处产生的场强必须大小相等、方向相反。

因为它们电性相反，在中间的电场方向都向右。

设距离Q 2为x 0处的电场强度矢量合为0，则：
122200
(6)kQ kQ x x =+ 可得：x 0=3cm ，故A 错误；
B .由选项A 的分析可知，合场强为0的点不会在Q 1的左边，因为Q 1的电荷量大于Q 2，也不会在Q 1Q 2之间，因为它们电性相反，在中间的电场方向都向右。

所以，只能在Q 2右边。

即在x 坐标轴上电场强度为零的点只有一个。

故B 错误；
C.设距离Q 2为x 0处的电场强度矢量合为0，则：
122200
(6)kQ kQ x x =+ 可得：x 0=3cm ，结合矢量合成可知，在x ＞9cm 区域各个位置的电场方向均沿x 轴正方向。

故C 正确；
D.由上分析，可知，在0＜x ＜6cm 的区域，场强沿x 轴正方向，将试探电荷+q 从x =2cm 处移至x =4cm 处，电势能减小。

故D 错误。