专题二十 初中物理图像问题

专题二十初中物理图像问题
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；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；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g ＝10m/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m ＝0.5kg ，物块运动时受到的摩擦力为f=2N ；
B ．物块在4s —6s 时间内水平推力做功为16J ；
C ．物块0—2s 时间内在1N 的水平推力作用下，处于静止状态；
D ．物块2s —4s 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/s ×2s=8m, 水平推力做功W=Fs=2N ×8m=16J,所以B 结论正确；
s
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=2×4/2=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1.0×103kg/m3．求：
（1）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2.25×103kg/m3。

物体的重力为G，质量为m=，
则物体的密度为：ρ===ρ水=×1.0×103kg/m3=2.25×103kg/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4.2×103J/（kg·℃），煤的热值约为3×107J/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）6×107
J （2）2.52×106
J （3）4.2%。

672.5210100%100% 4.2%
610Q J Q J
η⨯=⨯=⨯=⨯吸放
3.从图象中获取相关的信息，巧用图像截距解决电学问题
【例题1】如图是R 1、R 2两电阻的电压与电流关系图象，由图可知，电阻R 1的阻值为 Ω，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R 1的任意一组电压和电流值，根据欧姆定律求出电阻R 1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。

时间/min
0 2
4 6 20
50
70 80
（1）由图象可知，当I=0.3A 时，R 1的电压U 1=3V ， 则由I=可得R 1的阻值： R 1=
=
=10Ω；
（2）将两电阻并联后接在3V 电源两端，则U 1=U 2=U=3V ， 由图象可知，此时I 1′=0.3A ，I 2′=0.6A ，
由并联电路的电流特点可得，干路电流：I=I 1′+I 2′=0.3A+0.6A=0.9A 。

【例题2】如图甲所示的电路，在滑动变阻器R 2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
A ．R 1的阻值是20Ω
B ．当电流表的示数是0.4A 时，R 2接入电路的阻值是30Ω
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R 1 =20Ω，电源电压U=18V.
当电流表的示数是0.4A 时，电压表读数为10V ，R 2接入电路的阻值是25Ω.
图乙
图甲
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I m=0.9A。

Pmax=U I m=18V×0.9A=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，则下列说法中正确的是（）
A．电源电压为14V
B．R2的最大阻值是30Ω
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″2R1=（0.25A）2×20Ω=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=U2I't=（10V ﹣4V）×0.2A×120s=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】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0——30 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。

（3）根据图像，得出的探究结论是：______。

（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：（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，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：u＜f，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，u＜f，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，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u＞2f时，物体移动速度（选“大于”、“小于“或“等于”）像移动的速度，当f＜u＜2f时，物体移动速度（选填“大于”，“小于”或“等于”）像移动的速度。

物距逐渐减小，像距逐渐增大。

当u＞2f时，物体移动速度大于像移动的速度，当f＜u＜2f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4.2×103J/（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P﹣t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60.5Ω；
（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===60.5Ω；。