高考物理图示法图像法解决物理试题解题技巧和训练方法及练习题

高考物理图示法图像法解决物理试题解题技巧和训练方法及练习题
一、图示法图像法解决物理试题
1．用轻杆通过铰链相连的小球A 、B 、C 、D 、E 处于竖直平面上，各段轻杆等长，其中小球A 、B 的质量均为2m ，小球C 、D 、E 的质量均为m ．现将A 、B 两小球置于距地面高h 处，由静止释放，假设所有球只在同一竖直平面内运动，不计一切摩擦，则在下落过程中
A ．小球A 、
B 、
C 、
D 、
E 组成的系统机械能和动量均守恒 B ．小球B 的机械能一直减小 C ．小球B 落地的速度大小为2gh
D ．当小球A 的机械能最小时，地面对小球C 的支持力大小为mg 【答案】CD 【解析】 【分析】 【详解】
小球A 、B 、C 、D 、E 组成的系统机械能守恒但动量不守恒，故A 错误；由于D 球受力平衡，所以D 球在整个过程中不会动，所以轻杆DB 对B 不做功，而轻杆BE 对B 先做负功后做正功，所以小球B 的机械能先减小后增加，故B 错误；当B 落地时小球E 的速度等于零，根据功能关系212
mgh mv 可知小球B 的速度为2gh ，故C 正确；当小球A 的机械能最小时，轻杆AC 没有力，小球C 竖直方向上的力平衡，所以支持力等于重力，故D 正确，故选CD
2．如图所示，水平光滑长杆上套有一物块Q ，跨过悬挂于O 点的轻小光滑圆环的细线一端连接Q ，另一端悬挂一物块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．关于P 、Q 以后的运动下列说法正确的是
A ．当θ =60º时，P 、Q 的速度之比1：2
B ．当θ =90º时，Q 的速度最大
C ．当θ =90º时，Q 的速度为零
D ．当θ向90º增大的过程中Q 的合力一直增大
【答案】AB 【解析】 【分析】 【详解】
A 、则Q 物块沿水平杆的速度为合速度对其按沿绳方向和垂直绳方向分解，P 、Q 用同一根绳连接，则Q 沿绳子方向的速度与P 的速度相等，则当θ =60°时，Q 的速度
cos 60Q P v v ︒=，解得：
1
2
P Q v v =，A 项正确．B 、C 、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；故B 正确，C 错误．D 、当θ向90°增大的过程中Q 的合力逐渐减小，当θ=90°时，Q 的速度最大，加速度最小，合力最小，故D 错误．故选AB ． 【点睛】
考查运动的合成与分解，掌握能量守恒定律，注意当Q 的速度最大时，P 的速度为零，是解题的关键，
3．如图所示，有一光滑轨道ABC ，AB 部分为半径为R 的
1
4
圆弧，BC 部分水平，质量均为m 的小球a 、b 固定在各直轻杆的两端，轻杆长为R ，小球可视为质点。

开始时a 球处于圆孤上端A 点由静止开始释放小球和轻杆，使其沿光滑弧面下滑，下列说法正确的是
A ．a 球下滑过程中机械能保持不变
B ．a.b 两球速度大小始终相等
C ．a.b 3gR
D ．从释放a.b 球到a 、b 球都滑到水平轨道上，整个过程中轻杆对a 球做的功为2
mgR
【答案】CD 【解析】 【详解】
A.下滑过程中，对两个球组成的系统，只有重力做功，机械能守恒，单个球机械能均不守恒，故A 错误；
B.杆不可伸长，两个球沿着杆方向的分速度大小时刻相等，两球速度大小有时不相等，故B 错误；
C.下滑的整个过程中，根据机械能守恒定律，有：
()21
222
mgR mg R mv +=⨯，
解得：
3v gR =，
故C 正确；
D. 对a 球由动能定理可知：
2
12
W mgR mv +=
， 解得：
31
22
W mgR mgR mgR =
-=， 故D 正确。

4．如图所示，光滑直角细杆POQ 固定在竖直平面内，OP 边水平，OP 与OQ 在O 点平滑相连，质量均为m 的A 、B 两小环用长为L 的轻绳相连，分别套在OP 和OQ 杆上．初始时刻，将轻绳拉至水平位置拉直（即B 环位于O 点），然后同时释放两小环，A 环到达O 点后，速度大小不变，方向变为竖直向下，已知重力加速度为g ．下列说法正确的是（ ）
A ．当
B 环下落
2L 时，A g L
B ．在A 环到达O 点的过程中，B 环一直加速
C ．A 环到达O 2gL
D ．当A 环到达O 2g
L
的时间能追上B 环 【答案】ACD 【解析】 【详解】
B 环下落一段位移后，设绳子与水平方向之间的夹角为α，则与竖直方向之间的夹角β=90°-α，设此时A 的速度为v A ，将A 的速度沿绳子方向与垂直于绳子的方向分解，设沿绳子方向的分速度为v ，如图所示：
可得：v =v A cosα，设B 的速度为v B ，将B 的速度也沿绳子的方向与垂直于绳子的方向分解如图，其中沿绳子方向的分速度与A 沿绳子方向的分速度是相等的，可得：v =v B cosβ，联
立可得：tan A B v v α=，当B 环下落2
L
时绳子与水平方向之间的夹角12sin 2
L
L α==，可得：所以：α=30°，A 环的速度大小为0
3tan 30A
B A v v v =
=，B 下降的过程中A 与B 组成的系统机械能守恒可得：22
11222
A B L mg
mv mv =+，联立得A 环的速度大小为A gL
v =，故A 正确；B 开始下降的过程中速度由0开始增大，所以是做加速运动．当绳子与竖直方向之间的夹角接近90°时，tanβ→∞，则0tan A
B v v α
=
→，可知当A 到达O 点时，B 的速度等于0．所以B 一定还存在减速的过程．即A 环到达O 点的过程中，B 环先加速后减速，故B 错误；由于A 到达O 点时B 的速度等于0，由机械能守恒得：212
A mgL mv =
'，解得：2A v gL '=，故C 正确；环A 过O 点后做加速度等于g 的匀加速直线运动，B 做自由落体运动．当A 追上B 时有：221122A v t gt L gt '+=+，解得：2L
t g
'=，故D 正确．所以ACD 正确，B 错误．
5．如图所示，某空间有一正三棱锥OABC ，点A '、B '、C '分别是三条棱的中点。

现在顶点O 处固定一正点电荷，则下列说法正确的是（ ）
A ．A '、
B '、
C '三点连线所围的三角形平面区域内，三角形中心处电场强度最大 B ．ABC ∆所在平面为等势面
C ．将一负试探电荷从A '点沿直线A B ''移到B '点，静电力对该试探电荷先做正功后做负功
D ．若A '点的电势为A ϕ'，A 点的电势为A ϕ，则AA '连线中点D 处的电势D ϕ一定大于
2
A A
ϕϕ'+
【答案】AC
【解析】A 、因为A′、B′、C′三点离顶点O 处的正电荷的距离相等，则三角形的中心离O 点最近电场强度最大，故A 正确；B 、由于△ABC 所在平面到顶点O 处的距离不相等，由等势面的概念可知，△ABC 所在平面不是等势面，故B 错误；C 、由电势的概念可知，沿直线A ′B ′的电势变化为先增大后减小，所以当在此直线上从A ′到B ′移动正电荷时，电场力对该正电荷先做负功后做正功，故C 正确。

D 、因为A D A D U E A D '''=⋅， DA DA U E DA =⋅，由点电荷的场强关系可知A D DA E E '>，又因为A D DA '>，所以有A D DA U U '>，即
A D D A ϕϕϕϕ'->-，整理可得： 2
A A
D ϕϕϕ'+<
，故D 错误.故选AC.
【点睛】本题关键是明确点电荷的电场分布情况，注意根据对称性分析，同时要注意场强是矢量，电势是标量．同时明确等势面的分布情况．
6．如图所示,绝缘水平桌面上固定A 、B 两个带等量异种电荷的小球,A 、B 连线的中点处垂直桌面固定一粗糙绝缘直杆,杆上穿有一个带有小孔的正电小球C,将C 从杆上某一位置由静止释放,下落至桌面时速度恰好为零.C 沿杆下滑时带电荷量保持不变,三个带电小球A 、B 、C 均可视为点电荷那么C 在下落过程中,以下判断正确的是( )
A ．所受摩擦力变大
B ．电场力做正功
C ．电势能不变
D ．下落一半高度时速度一定最大 【答案】AC
【解析】A 、AB 为等量异种点电荷，故产生的电场在AB 连线垂直平分线上，从垂足向两侧场强逐渐减小，且为等势面，电荷C 在下滑的过程中，受到的电场力为F =qE ，将逐渐增大，受到的摩擦力为f =μF =μqE ，故受到的摩擦力增大，故A 正确；B 、小球在下滑过程中沿等势面运动，故电场力不做功，电势能不变，故B 错误，C 正确；D 、在下落过程中，当小球C 的重力等于摩擦力时，速度最大，由于下落过程中摩擦力逐渐增大，故在下落过程中摩擦力在相同距离内做功越来越大，故速度最大时要在下落一半高度以下，故D 错误；故选AC ．
【点睛】本题主要考查了等量异种电荷产生的电场分布及在两电荷垂直平分线上的电场 的特点，明确在下滑过程中摩擦力越来越大摩擦力做功越来越多即可．
7．如图所示，套在竖直细杆上的轻环A 由跨过定滑轮的不可伸长的轻绳与重物B 相连，施加外力让A 沿杆以速度v 匀速上升，从图中M 位置上升至与定滑轮的连线处于水平N 位置，已知AO 与竖直杆成θ角，则（ ）
A ．刚开始时
B 的速度为
cos v
θ
B ．A 匀速上升时，重物B 也匀速下降
C ．重物B 下降过程，绳对B 的拉力大于B 的重力
D ．A 运动到位置N 时，B 的速度最大 【答案】C 【解析】 【详解】
A.对于A ，它的速度如图中标出的v ，这个速度看成是A 的合速度，其分速度分别是
a b v v 、，其中a v 就是B 的速率（同一根绳子，大小相同），故刚开始上升时B 的速度cos B v v θ=，故A 不符合题意；
B.由于A 匀速上升，θ在增大，所以B v 在减小，故B 不符合题意；
C .B 做减速运动，处于超重状态，绳对B 的拉力大于B 的重力，故C 符合题意； D.当运动至定滑轮的连线处于水平位置时90θ=︒，所以0B v =， 故
D 不符合题意。

8．图中边长为a 的正三角形ABC 的三个顶点分别固定三个点电荷＋q 、＋q 、－q ，在该三角形中心O 点处固定一电量为-2q 的点电荷，则该电荷受到的电场力为（ ）
A ．
， 方向由O 指向C B ．
，方向由C 指向O C ．
，方向由C 指向O D ．
，方向由O 指向C
【解析】 【详解】
O 点是三角形的中心，到三个电荷的距离为：，
三个电荷在O 处产生的场强大小均为：
根据对称性和几何知识得知：两个+q 在O 处产生的合场强为：
再与-q 在O 处产生的场强合成，得到O 点的合场强为：
，方向
由O 指向C ．则该负电荷受到的电场力为：，方向由C 指向O ；故B 正
确。

9．如图所示，a 、b 两点处分别固定有电量均为Q 的带正电的点电荷，c 是线段ab 的中点，d 是ac 的中点，c 是ab 的垂直平分线上的一点，ce =cd ，将一个正点电荷先后放在d 、c 、e 点，它所受的电场力分别为d c e F F F 、、，则下列说法正确的是
A ．d e F F 、的方向都是水平向右
B ．d e F F 、的方向相互垂直，0c F
C ．d e F F 、的大小相等，c F 的方向竖直向上
D ．d 的电势小于e 点的电势 【答案】B 【解析】 【详解】
A 、依据同种电荷相斥，a 、b 两点电荷对d 处的正电荷的电场力水平向右，而a 、b 两点电荷对e 处的正电荷的合电场力竖直向上，故A 错误；
B 、由上分析可知，F d 、F e 的方向互相垂直，c 处于两点电荷中点，根据矢量的合成法则，则F c =0，故B 正确；
C 、根据等量同种电荷的电场线分布可知，d 处的电场强度大于c 处，结合电场力的公式F=qE 可知F c 的小于F d ，而由A 分析，可知F e 的方向竖直向上，故C 错误；
D 、依据沿着电场线方向电势是降低的，因此d 点的电势大于e 点的电势，故D 错误；
【点睛】
a 、
b 两点处分别固定有等量同种点电荷+Q 和+Q ，首先要明确等量同号电荷的电场的分布特点，明确各点的电场强度的大小和方向的关系，结合电场力的公式：F=qE 来判断电场力之间的关系，及依据沿着电场线方向，电势是降低的，即可求解．
10．如图所示，光滑绝缘半球形的碗固定在水平地面上，可视为质点的带电小球1、2的电荷分别为Q 1、Q 2，其中小球1固定在碗底A 点，小球2可以自由运动，平衡时小球2位于碗内的B 位置处，如图所示．现在改变小球2的带电量，把它放置在图中C 位置时也恰好能平衡，已知AB 弦是AC 弦的两倍，则（ ）
A ．小球在C 位置时的电量是
B 位置时电量的一半 B ．小球在
C 位置时的电量是B 位置时电量的四分之一
C ．小球2在B 点对碗的压力大小等于小球2在C 点时对碗的压力大小
D ．小球2在B 点对碗的压力大小大于小球2在C 点时对碗的压力大小 【答案】C 【解析】 【详解】
AB ．对小球2受力分析，如图所示，小球2受重力、支持力、库仑力，其中F 1为库仑力F 和重力mg 的合力，根据三力平衡原理可知，F 1=F N ．由图可知，△OAB ∽△BFF 1
设半球形碗的半径为R ，AB 之间的距离为L ，根据三角形相似可知，
1F mg F
OA OB AB
== 即
1F mg F
R R L
== 所以
F N =mg ①
L
F mg R
=
②
当小球2处于C 位置时，AC 距离为
2
L
，故 '
1
2F F =
， 根据库仑定律有：
2
A B
Q Q F k
L = '21()2
A C Q Q F k
L = 所以
1
8
C B Q Q = ， 即小球在C 位置时的电量是B 位置时电量的八分之一，故AB 均错误；
CD ．由上面的①式可知F N =mg ，即小球2在B 点对碗的压力大小等于小球2在C 点时对碗的压力大小，故C 正确，D 错误。

故选C 。

11．甲、乙两船在静水中航行速度分别为v 1和v 2，两船从同一位置划向河对岸，已知甲船想以最短时间过河，乙船想以最短航程过河，结果两船抵达到岸的地点恰好相同，则甲、乙两船渡河所用时间比 A ．v 12：v 22 B ．v 22：v 12 C ．v 1：v 2 D ．v 2：v 1 【答案】B 【解析】 【详解】
两船抵达的地点相同，知合速度方向相同，甲船静水速垂直于河岸，乙船的静水速与合速度垂直，如图
两船的合位移相等，则渡河时间之比等于两船合速度之反比，则
，故B 正确，A 、C 、D 错误；
故选B 。

【点睛】
关键是知道两船的合速度方向相同；两船抵达的地点相同，合速度方向相同，甲船静水速度垂直于河岸，乙船的静水速度与合速度垂直；两船的合位移相等，则渡河时间之比等于两船合速度之反比。

12．图示为一个内、外半径分别为R 1和R 2的圆环状均匀带电平面，其单位面积带电量为
σ．取环面中心O 为原点，以垂直于环面的轴线为x 轴．设轴上任意点P 到O 点的的距离
为x ，P 点电场强度的大小为E ．下面给出E 的四个表达式（式中k 为静电力常量），其中只有一个是合理的．你可能不会求解此处的场强E ，但是你可以通过一定的物理分析，对下列表达式的合理性做出判断．根据你的判断，E 的合理表达式应为
A ．122
2221
2
2()E k x x R x R πσ=++ B ．2
22
21
2
2(E k x x R x R πσ=++ C ．122
22
21
2
2(E k x x R x R πσ=++ D ．2
22
21
2
2(E k x x R
x R
πσ=++
【答案】B 【解析】 【详解】
AC ．场强的单位为N/C ，k 为静电力常量，单位为Nm 2/C 2，σ为单位面积的带电量，单位为C/m 2，则2k πσ表达式的单位即为N/C ，故各表达式中其它部分应无单位，可知AC 错误；
BD ．当x=0时，此时要求的场强为O 点的场强，由对称性可知0O E =，当x→∞时E→0，而D 项中E→4k πσ，故B 正确，D 错误．
13．如图所示， A 、B 、 C 、D 是真空中一正四面体的四个顶点，每条棱长均为l .在正四面体的中心固定一电荷量为-Q 的点电荷，静电力常量为k ,下列说法正确的是
A ．A 、
B 两点的场强相同
B ．A 点电场强度大小为283kQ l
C ．A 点电势高于C 点电势
D ．将一正电荷从A 点沿直线移动到B 点的过程中，电场力一直不做功
【答案】B
【解析】
由于点电荷在正四面体的中心，由对称性可知，A 、B 两点的场强大小相等，但是方向不同，故A 错误；由立体几何知识，可知正四面体的中心到顶点的距离为6l ，由222836KQ KQ kQ E r l l ===⎛⎫ ⎪⎝⎭
，故B 正确；电势为标量，由对称性可知A 点电势等于C 点电势，故C 错误；从A 点沿直线移动到B 点的过程中电势先降低再升高，对于正电荷而言，其电势能先变小再变大，所以电场力先做正功，再做负功，故D 错误．
14．如图所示，将质量为m p =5m 的重物P 悬挂在轻绳的一端，轻绳的另一端系一质量为m Q =3m 的小物块Q ，小物块Q 套在竖直固定的光滑直杆上，固定光滑定滑轮与直杆的距离为L 。

现将小物块Q 拉到与之连结的轻绳水平时由静止释放，不计一切摩擦阻力，下列说法正确的是（ ）
A ．小物块Q 下滑距离L 时，P 、Q 两物体的速度大小相等
B ．小物块Q 下滑某一位置时，与滑轮连结的轴对滑轮的作用力可能竖直向上
C ．小物块Q 能下降的最大高度为h =
53L D ．小物块Q 下滑距离34L 时，P 15gL
【答案】D
【解析】
【分析】
【详解】
A ．小物块Q 下滑距离L 时，此时细线与竖直方向的夹角为45°，此时P 、Q 两物体的速度大小关系为
cos 45P Q v v =︒
选项A 错误；
B ．滑轮两边的绳子拉力是相等的，不论小物块Q 下滑到什么位置，滑轮右边的绳子总是倾斜的，则两条绳子拉力的合力不可能竖直向下，即与滑轮连结的轴对滑轮的作用力不可能竖直向上，选项B 错误；
C ．设小物块Q 能下降的最大高度为x ，则由系统的机械能守恒可知 2235()mgx mg L x L =+-
解得
581L x =
选项C 错误；
D ．小物块Q 下滑距离34L 时，此时物块P 上升了14
L ，细线与水平方向夹角为37°，此时 cos530.6P Q Q v v v =︒=
由机械能守恒
2231135354422
Q P L mg L mg mv mv ⋅-⋅=⋅+⋅ 解得
15P gL v =
选项D 正确。

故选D 。

【答案】A
【解析】A、B、等量异号电荷的连线的中垂面是等势面，如图所示：
故b、d、h、f四点均在中垂面上电势相等，故A正确，B错误；C、D、由等量异种电荷的电场分布特点知中点的场强最小但不为零，沿着中垂线向外场强大小逐渐减小，故C、D 均错误。

故选A。

【点睛】本题的解题关键是抓住对称性进行分析，等量异种电荷电场线和等势线的分布情况是考试的热点，要熟悉，并能在相关问题中能恰到好处地应用．
15．如图所示，一块橡皮用细线悬挂于O点，用铅笔靠着线的左侧水平向右匀速移动，运动中始终保持悬线竖直，则橡皮运动的速度
A．大小和方向均不变
B．大小不变，方向改变
C．大小改变，方向不变
D．大小和方向均改变
【答案】A
【解析】
【分析】
【详解】
橡皮参与了水平向右和竖直向上的分运动，如图所示，两个方向的分运动都是匀速直线运动，v x和v y恒定，则v合恒定，则橡皮运动的速度大小和方向都不变，A项正确．。