高考物理三轮冲刺专题01图象法(含解析)

这是一份高考物理三轮冲刺专题01图象法(含解析)，共23页。试卷主要包含了线性图象法1，非线性图像法13，“化曲为直”法19，5kg，，t1=0，5 m，76 m/s⑧， C 等内容，欢迎下载使用。
TOC \ "1-3" \h \z \u 1.线性图象法1
2.非线性图像法13
（1）读取图象信息14
（2）辨识图象真伪16
3.“化曲为直”法19
物理图象是一种非常形象的数字语言和工具，利用它可以很好地描述物理过程，反映物理概念和规律，推导和验证新的规律。物理图象不仅可以使抽象的概念形象化，还可以恰当地表示语言难以表达的内涵，用图象解物理问题，不但迅速、直观，还可以避免复杂的运算过程。图象可以线性关系图象和非线性关系图象。
1.线性图象法
线性关系图象解题主要步骤是：
（1）根据物理变化过程中各物理量的关系，正确画出物理图线；
（2）找出图线上某些特殊点的横、纵坐标值，并确定其物理意义，比如说直线的横、纵截距；
（3）注意图线上某一点斜率的物理意义，图线与横轴所围面积的物理意义，比如 SKIPIF 1 < 0 图像中，斜率表示加速度，所围的面积为物体在这段时间发生的位移。
典例1. （19年全国1卷）在星球M上将一轻弹簧竖直固定在水平桌面上，把物体P轻放在弹簧上端，P由静止向下运动，物体的加速度a与弹簧的压缩量x间的关系如图中实线所示。在另一星球N上用完全相同的弹簧，改用物体Q完成同样的过程，其a–x关系如图中虚线所示，假设两星球均为质量均匀分布的球体。已知星球M的半径是星球N的3倍，则（）
A. M与N的密度相等
B. Q的质量是P的3倍
C. Q下落过程中的最大动能是P的4倍
D. Q下落过程中弹簧最大压缩量是P的4倍
【答案】AC
【解析】A、由a-x图象可知，加速度沿竖直向下方向为正方向，根据牛顿第二定律有： SKIPIF 1 < 0 ，变形式为： SKIPIF 1 < 0 ，该图象的斜率为 SKIPIF 1 < 0 ，纵轴截距为重力加速度 SKIPIF 1 < 0 。根据图象的纵轴截距可知，两星球表面的重力加速度之比为： SKIPIF 1 < 0 ；又因为在某星球表面上的物体，所受重力和万有引力相等，即： SKIPIF 1 < 0 ，即该星球的质量 SKIPIF 1 < 0 。又因为： SKIPIF 1 < 0 ，联立得 SKIPIF 1 < 0 。故两星球的密度之比为： SKIPIF 1 < 0 ，故A正确；
B、当物体在弹簧上运动过程中，加速度为0的一瞬间，其所受弹力和重力二力平衡， SKIPIF 1 < 0 ，即： SKIPIF 1 < 0 ；结合a-x图象可知，当物体P和物体Q分别处于平衡位置时，弹簧的压缩量之比为： SKIPIF 1 < 0 ，故物体P和物体Q的质量之比为： SKIPIF 1 < 0 ，故B错误；
C、物体P和物体Q分别处于各自的平衡位置（a=0）时，它们的动能最大；根据 SKIPIF 1 < 0 ，结合a-x图象面积的物理意义可知：物体P的最大速度满足 SKIPIF 1 < 0 ，物体Q的最大速度满足： SKIPIF 1 < 0 ，则两物体的最大动能之比： SKIPIF 1 < 0 ，C正确；
D、物体P和物体Q分别在弹簧上做简谐运动，由平衡位置（a=0）可知，物体P和Q振动的振幅A分别为 SKIPIF 1 < 0 和 SKIPIF 1 < 0 ，即物体P所在弹簧最大压缩量为2 SKIPIF 1 < 0 ，物体Q所在弹簧最大压缩量为4 SKIPIF 1 < 0 ，则Q下落过程中，弹簧最大压缩量时P物体最大压缩量的2倍，D错误；
【总结与点评】本题创设的问题情境新颖，知识点综合度比较高，对图象的两截一斜一面积的物理意义的理解有较高的要求。特别强调的是：当物体初速度为零时，面积表示末速度平方的一半 SKIPIF 1 < 0 ，由此求出PQ最大动能的比例关系。
针对训练1.（19年全国1卷）空间存在一方向与直面垂直、大小随时间变化的匀强磁场，其边界如图（a）中虚线MN所示，一硬质细导线的电阻率为ρ、横截面积为S，将该导线做成半径为r的圆环固定在纸面内，圆心O在MN上。t=0时磁感应强度的方向如图（a）所示：磁感应强度B随时间t的变化关系如图（b）所示，则在t=0到t=t1的时间间隔内（）
A. 圆环所受安培力的方向始终不变
B. 圆环中的感应电流始终沿顺时针方向
C. 圆环中感应电流大小为 SKIPIF 1 < 0
D. 圆环中的感应电动势大小为 SKIPIF 1 < 0
【答案】BC
【解析】A B选项根据B-t图象，由楞次定律可知，线圈中感应电流方向一直为顺时针，但在t0时刻，磁场的方向发生变化，故安培力方向 SKIPIF 1 < 0 的方向在t0时刻发生变化，则A错误，B正确；
CD选项由闭合电路欧姆定律得： SKIPIF 1 < 0 ，又根据法拉第电磁感应定律得： SKIPIF 1 < 0 ，又根据电阻定律得： SKIPIF 1 < 0 ，联立得： SKIPIF 1 < 0 ，则C正确，D错误。
故本题选BC
典例2.（19年全国2卷）从地面竖直向上抛出一物体，其机械能E总等于动能Ek与重力势能Ep之和。取地面为重力势能零点，该物体的E总和Ep随它离开地面的高度h的变化如图所示。重力加速度取10 m/s2。由图中数据可得（）
A. 物体的质量为2 kgB. h=0时，物体的速率为20 m/s
C. h=2 m时，物体的动能Ek=40 JD. 从地面至h=4 m，物体的动能减少100 J
【答案】AD
【解析】A．Ep-h图像知其斜率为G，故G= SKIPIF 1 < 0 =20N，解得m=2kg，故A正确
B．h=0时，Ep=0，Ek=E机-Ep=100J-0=100J，故 SKIPIF 1 < 0 =100J，解得：v=10m/s，故B错误；
C．h=2m时，Ep=40J，Ek= E机-Ep=90J-40J=50J，故C错误
D．h=0时，Ek=E机-Ep=100J-0=100J，h=4m时，Ek’=E机-Ep=80J-80J=0J，故Ek- Ek’=100J，故D正确
【总结与点评】在问题分析时要注意到本题物体的机械能在衰减，可以从两条直线的截距及其交点得出斜率，Ep的斜率表示物体的重力，E总的斜率的绝对值表示摩擦力。
针对训练2.（19年全国3卷）从地面竖直向上抛出一物体，物体在运动过程中除受到重力外，还受到一大小不变、方向始终与运动方向相反的外力作用。距地面高度h在3m以内时，物体上升、下落过程中动能Ek随h的变化如图所示。重力加速度取10m/s2。该物体的质量为（）
A. 2kgB. 15kgC. 1kgD. 0.5kg
【答案】C
【解析】对上升过程，由动能定理， SKIPIF 1 < 0 ，得 SKIPIF 1 < 0 ，即F+mg=12N；下落过程， SKIPIF 1 < 0 ，即 SKIPIF 1 < 0 N，联立两公式，得到m=1kg、F=2N。
典例3. （19年全国1卷）竖直面内一倾斜轨道与一足够长的水平轨道通过一小段光滑圆弧平滑连接，小物块B静止于水平轨道的最左端，如图（a）所示。t=0时刻，小物块A在倾斜轨道上从静止开始下滑，一段时间后与B发生弹性碰撞（碰撞时间极短）；当A返回到倾斜轨道上的P点（图中未标出）时，速度减为0，此时对其施加一外力，使其在倾斜轨道上保持静止。物块A运动的v–t图像如图（b）所示，图中的v1和t1均为未知量。已知A的质量为m，初始时A与B的高度差为H，重力加速度大小为g，不计空气阻力。
（1）求物块B的质量；
（2）在图（b）所描述的整个运动过程中，求物块A克服摩擦力所做的功；
（3）已知两物块与轨道间的动摩擦因数均相等，在物块B停止运动后，改变物块与轨道间的动摩擦因数，然后将A从P点释放，一段时间后A刚好能与B再次碰上。求改变前后动摩擦因数的比值。
【答案】（1） SKIPIF 1 < 0 （2） SKIPIF 1 < 0 （3） SKIPIF 1 < 0
【解析】（1）根据图（b），v1为物块A在碰撞前瞬间速度的大小， SKIPIF 1 < 0 为其碰撞后瞬间速度的大小。设物块B的质量为 SKIPIF 1 < 0 ，碰撞后瞬间的速度大小为 SKIPIF 1 < 0 ，由动量守恒定律和机械能守恒定律有
SKIPIF 1 < 0 ①
SKIPIF 1 < 0 ②
联立①②式得
SKIPIF 1 < 0
（2）在图（b）所描述的运动中，设物块A与轨道间的滑动摩擦力大小为f，下滑过程中所走过的路程为s1，返回过程中所走过的路程为s2，P点的高度为h，整个过程中克服摩擦力所做的功为W，由动能定理有
SKIPIF 1 < 0 ④
SKIPIF 1 < 0 ⑤
从图（b）所给的v–t图线可知
SKIPIF 1 < 0 ⑥
SKIPIF 1 < 0 ⑦
由几何关系
SKIPIF 1 < 0 ⑧
物块A在整个过程中克服摩擦力所做的功为
SKIPIF 1 < 0 ⑨
联立④⑤⑥⑦⑧⑨式可得
SKIPIF 1 < 0 ⑩
（3）设倾斜轨道倾角为θ，物块与轨道间的动摩擦因数在改变前为μ，有
SKIPIF 1 < 0 eq \\ac(○,11)
设物块B在水平轨道上能够滑行的距离为 SKIPIF 1 < 0 ，由动能定理有
SKIPIF 1 < 0 eq \\ac(○,12)
设改变后的动摩擦因数为 SKIPIF 1 < 0 ，由动能定理有
SKIPIF 1 < 0 eq \\ac(○,13)
联立①③④⑤⑥⑦⑧⑩ eq \\ac(○,11) eq \\ac(○,12) eq \\ac(○,13)式可得
SKIPIF 1 < 0 eq \\ac(○,14)
【总结与点评】本题涉及的运动过程与状态较多，且只有m、H两个已知量，给解题带来较大的难度，围绕过程与状态，要列足方程，方能消掉未知量。
针对训练3.（19年全国3卷）如图（a），物块和木板叠放在实验台上，物块用一不可伸长的细绳与固定在实验台上的力传感器相连，细绳水平。t=0时，木板开始受到水平外力F的作用，在t=4s时撤去外力。细绳对物块的拉力f随时间t变化的关系如图（b）所示，木板的速度v与时间t的关系如图（c）所示。木板与实验台之间的摩擦可以忽略。重力加速度取g=10m/s2。由题给数据可以得出（）
A. 木板的质量为1kgB. 2s~4s内，力F的大小为0.4N
C. 0~2s内，力F的大小保持不变D. 物块与木板之间的动摩擦因数为0.2
【答案】AB
【解析】结合两图像可判断出0-2s物块和木板还未发生相对滑动，它们之间的摩擦力为静摩擦力，此过程力F等于f，故F在此过程中是变力，即C错误；2-5s内木板与物块发生相对滑动，摩擦力转变为滑动摩擦力，由牛顿运动定律，对2-4s和4-5s列运动学方程，可解出质量m为1kg，2-4s内的力F为0.4N，故A、B正确；由于不知道物块的质量，所以无法计算它们之间的动摩擦因数μ,故D错误.
典例4.（19年全国2卷）一质量为m=2000 kg的汽车以某一速度在平直公路上匀速行驶。行驶过程中，司机突然发现前方100 m处有一警示牌。立即刹车。刹车过程中，汽车所受阻力大小随时间变化可简化为图（a）中的图线。图（a）中，0~t1时间段为从司机发现警示牌到采取措施的反应时间（这段时间内汽车所受阻力已忽略，汽车仍保持匀速行驶），t1=0.8 s；t1~t2时间段为刹车系统的启动时间，t2=1.3 s；从t2时刻开始汽车的刹车系统稳定工作，直至汽车停止，已知从t2时刻开始，汽车第1 s内的位移为24 m，第4 s内的位移为1 m。
（1）在图（b）中定性画出从司机发现警示牌到刹车系统稳定工作后汽车运动的v-t图线；
（2）求t2时刻汽车的速度大小及此后的加速度大小；
（3）求刹车前汽车匀速行驶时的速度大小及t1~t2时间内汽车克服阻力做的功；从司机发现警示牌到汽车停止，汽车行驶的距离约为多少（以t1~t2时间段始末速度的算术平均值替代这段时间内汽车的平均速度）？
【答案】（1）见图（2） SKIPIF 1 < 0 （3）s=87.5 m
【解析】（1）v-t图像如图所示。
（2）设刹车前汽车匀速行驶时的速度大小为v1，则t1时刻的速度也为v1，t2时刻的速度为v2，在t2时刻后汽车做匀减速运动，设其加速度大小为a，取Δt=1 s，设汽车在t2+(n-1)Δt~t2+nΔt内的位移为sn，n=1,2,3,…。
若汽车在t2+3Δt~t2+4Δt时间内未停止，设它在t2+3Δt时刻的速度为v3，在t2+4Δt时刻的速度为v4，由运动学公式有
SKIPIF 1 < 0 ①
SKIPIF 1 < 0 ②
SKIPIF 1 < 0 ③
联立①②③式，代入已知数据解得
SKIPIF 1 < 0 ④
这说明在t2+4Δt时刻前，汽车已经停止。因此，①式不成立。
由于在t2+3Δt~t2+4Δt内汽车停止，由运动学公式
SKIPIF 1 < 0 ⑤
SKIPIF 1 < 0 ⑥
联立②⑤⑥，代入已知数据解得
SKIPIF 1 < 0 ，v2=28 m/s⑦
或者 SKIPIF 1 < 0 ，v2=29.76 m/s⑧
但⑧式情形下，v3a2，故C错误
D．由图像斜率，速度为v1时，第一次图像陡峭，第二次图像相对平缓，故a1>a2，由G-fy=ma，可知，fy1