o图像法在物理中的应用.ppt

1 图像法在物理中的应用吕叔湘中学庞留根2004年9月 2 物理图像不仅可以使抽象的概念直观形象 动态变化过程清晰 物理量之间的函数关系明确 还可以恰当地表示用语言难以表达的内涵 用图像法解物理题不但迅速 直观 还可以避免复杂的运算过程 图像法在物理中的应用很广 在图像的学习中1 要了解常见的图线 2 注意理解图像的物理意义 3 搞清楚横 纵轴的物理意义 图像的斜率 截距 所围面积 极值点 起始点各有什么意义 4 明确图像描述的是什么函数关系 对应的物理情景 能够应用图像判断出相应的物理过程 5 或者根据运动过程的分析画出图像 6 并且借助图像解决有关物理问题 3 常见的图象 4 斜率k T2 L 4 2 gg 4 2L T2 2 9 87m s2 斜率k h 6 6 10 34J sW 2 5 10 19J 0 4 0 1014Hz 5 分子力和共振曲线 6 电源的输出功率 可见电源输出功率随外电阻变化的图线如图所示 而当内外电阻相等时 电源的输出功率最大为 7 从高h处自由下落的物体 它的机械能随高度变化的关系是图3中的哪一个 D 答 10cm 200牛 米 5牛 8 光电效应方程 爱因斯坦Ekm h W 作出方程的图线如图示 横轴 入射光子的频率 纵轴 打出光电子的最大初动能 横轴截距 极限频率 纵轴截距 逸出功 斜率 普朗克恒量 9 闭合电路的U I图象 右图中a为电源的U I图象 b为外电阻的U I图象 两者的交点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的面积表示输出功率 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 10 如图所示的图线 A是某电源的U I图线 B是电阻R的U I图线 这个电源的电动势等于 内电阻等于 电阻R的阻值等于 用这个电源和这个电阻R串联成闭合电路 电源输出的电功率等于 电源的效率是 3 0V 0 50 1 0 虚线和坐标轴所包围的面积等于输出功率 P出 4W 4 0W P出 P总 4 6 67 67 11 在测定玻璃砖的折射率的实验中 根据测得的入射角和折射角的正弦值画出如图所示的图线 已知直线OA与横轴的夹角 光线是由空气射入玻璃砖的 由图可知 A 入射角为 1 玻璃砖的折射率为tg B 入射角为 2 玻璃砖的折射率为tg C 入射角为 1 玻璃砖的折射率为ctg D 入射角为 2 玻璃砖的折射率为ctg C 12 将物体以一定的初速度竖直上抛 若不计空气阻力 从抛出到落回原地的整个过程中 下列四个图线中正确的是 2001年春 mgh mg v0t 1 2gt2 BC p mv m v0 gt Ek Ek0 mgh 13 蹦床有 空中芭蕾 之称 在2001年11月广东举行的第九届全运会上 蹦床首次被列入正式比赛项目 下列图中能反映运动员从高处落到蹦床后又被弹回过程中 加速度随时间变化情况的是 C 14 物体在受到与其初速度方向一致的合外力作用下作直线运动 合外力的大小随时间t的变化情况如图示 则物体的速度 A 先变大后变小B 先变小后变大C 一直变小D 一直变大 D 如图示的四个图象中 能够正确反映一种元素的同位素原子核的质量数M与其中子数N之间的关系的是 B 15 正弦交变电流图象如图6所示 其感应电动势的最大值为 V 当线圈转速变为原来的倍时 所产生交变电动势的有效值 V 周期为s 50 50 0 056 16 一辆汽车在起动过程中 当速度达到5m s时保持功率不变 从此时起以0 5min钟时间内行驶了300m 则在这0 5min末 汽车的速度 A 可能等于20m sB 小于15m sC 等于15m sD 大于15m s 解 汽车功率保持不变 速度逐渐增大 加速度逐渐减小 画出汽车的速度图线 若为匀变速运动 如图虚线示 则v 15m s 可见应选B B 17 如图示是甲 乙两物体从同一地点同一方向运动的v t图像 其中t2 2t1 则下列结论中正确的是 A 在t1时刻乙物体在前 甲物体在后B 甲的加速度比乙大C 在t1时刻甲 乙两物体相遇D 在t2时刻甲 乙两物体相遇 BD 18 雨滴从高中由静止落下 若雨滴下落时空气对其的阻力随雨滴下落速度的增大而增大 下列图象可能正确反映雨滴下落运动情况的是 C 19 起重机提起重物时 重物运动的v t图线如图示 请定性作出起重机的输入功率随时间变化的图象 解 0 t1内F1 m g a1 P1 F1v1 F1a1t t t1P1 F1a1t1 mgv t1 t2内F2 mgP2 F2v mgv t2 t3内F3 m g a2 P3 F3v3 m g a2 v a2t t t2P2 mgv m g a2 v 画出图象如图示 20 如图是额定电压为100伏的灯泡由实验得到的图线 则此灯泡的额定功率为多大 若将规格是 100V 100W 的定值电阻与此灯泡串联接在100V的电压上 设定值电阻的阻值不随温度而变化 则此灯泡消耗的实际功率为多大 解 由图线可知 当U 100VI 0 32AP UI 100 0 32 32W UL UR 100V UL 100I 100V 即I 1 00 UL 100 作该方程的图线 它跟原图线的交点的坐标为I1 0 28AUL1 72V PL1 I1UL1 20W 21 例 图1为两个不同闭合电路中两个不同电源的U I图像 下列判断正确的是 A 电动势E1 E2 发生短路时的电流I1 I2B 电动势E1 E2 内阻r1 r2C 电动势E1 E2 内阻r1 r2D 当两电源的工作电流变化量相同时 电源2的路端电压变化大 解 容易看出 电动势E1 E2 发生短路时的电流I1 I2选A直线2的斜率大 r2 r1 BC错 对选项D 分析如下 可见D正确 AD I U 2 1 22 一只老鼠从洞口爬出后沿一直线运动 其速度大小与其离开洞口的距离成反比 当其到达距洞口为d1的A点时速度为v1 若B点离洞口的距离为d2 d2 d1 求老鼠由A运动到B所需的时间 解 v1 k d1k d1v11 v1 d1 k v2 k d2 d1v1 d21 v2 d2 d1v1 作出v d图线 见图线 将v d图线转化为1 v d图线 取一小段位移d 可看作匀速运动 t d v d 1 v即为小窄条的面积 同理可得梯形总面积即为所求时间 t 1 2 1 v2 1 v1 d2 d1 d2 d1 2 2d1v1 23 家用电热灭蚊器中电热部分的主要元件是PTC PTC元件是由钛酸钡等半导体材料制成的电用器 其电阻率与温度的关系如图所示 由于这种特性 因此 PTC元件具有发热 控温双重功能 对此 以下判断中正确的是 A 通电后 其电功率先增大后减小B 通电后 其电功率先减小后增大C 当其产生的热量与散发的热量相等时 温度保持在t1或t2不变D 当其产生的热量与散发的热量相等时 温度保持在tl t2的某一值不变 电热灭蚊器 A D 24 下图为在温度为10 左右的环境中工作的某自动恒温箱原理图 箱内的电阻R1 20k R2 10k R3 40k Rt为热敏电阻 它的电阻随温度变化的曲线如图乙所示 当a b端电压Uab 0时 电压鉴别器会令开关接通 恒温箱内的电热丝发热 使箱内温度提高 当Uab 0时 电压监别器使K断开 停止加热 恒温箱内的温度恒定在 35 25 一质量为M 1kg的小车上固定有一质量为m 0 2kg 高l 0 05m 电阻R 100 的100匝矩形线圈 一起静止在光滑水平面上 现有一质量为m0的子弹以v0 110m s的水平速度射入小车中 并随小车线圈一起进入一与线圈平面垂直 磁感强度B 1 0T的水平匀强磁场中如图甲所地 小车运动过程的v s图象如图乙所示 求 1 子弹的质量m0为 2 图乙中s 10cm时线圈中的电流强度I为 3在进入过程中通过线圈某一截面的电量为 4 求出线圈小车通过磁场的过程中线圈电阻的发热量为 26 解 由图象可知 进入磁场时 v1 10m s 由动量守恒定律m0v0 M m m0 v1m0 0 12kg 由图象可知 s 10cmv2 8m s E nBLv2 100 1 0 05 8 40VI E R 0 4A 由图象可知 线圈宽度为d 10cm q I t n R 100 1 0 1 0 05 100 5 10 3C 由图象可知 出磁场时 vt 2m s Q 1 2 M m m0 v12 vt2 1 2 1 32 100 4 63 4J 思考 为什么v s图象是三段折线 参见课件 能量转化和守恒定律 例4的备注 27 如图示 一对平行光滑轨道放置在水平面上 两轨道间距l 0 20m 电阻R 1 0 有一导体杆静止地放在轨道上 与两轨道垂直 杆及轨道的电阻皆可忽略不计 整个装置处于磁感应强度B 0 50T的匀强磁场中 磁场方向垂直轨道面向下 现用一外力F沿轨道方向拉杆 使之做匀加速运动 测得力F与时间t的关系如图示 求杆的质量m和加速度a 2001年高考 20 28 解 导体杆在轨道上做匀加速运动 则有v at 杆切割磁感应线 产生感应电动势E BLv 回路中产生感应电流I E R BLv R 杆受到安培力为f BIL B2L2v R 根据牛顿第二定律F f ma 联立解以上各式得F ma B2L2at R 由图线上取两点 t 0F 1Nt 30sF 4N 代入上式ma 14 ma 0 01 30a 解得a 10m s2m 0 1kg 29 例 如图示 两个光滑斜面的总长度相等 高度也相等 两小球分别由静止从顶端下滑 若小球在图中转折点无能量损耗 则 A 两球同时落地B b球先落地C a球先落地D 无法确定 解 若用公式求解此题很繁琐 应用v t图分析较简单 b球下滑的加速度开始大于a球 后来的加速度小于a球 因为下落高度相等 所以最终速度相等 因为路程相等 所以图线所围的面积相等 v t图线如图示 不难看出 tb ta 所以b球先落地 B