物理1.2理解圖像中的信息試題除了用文本傳遞信息,還會(huì)通過圖像來傳遞信息。通過圖像給出信息是物理命題的重要手段。圖像能以直觀、簡(jiǎn)潔、清晰的方式展示豐富的題目信息,要將這些信息充分地挖掘出來需要較強(qiáng)的理解能力。例如,2024年黑吉遼卷第10題:一足夠長(zhǎng)的木板置于水平地面上,二者間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ。t=0時(shí),木板在水平恒力作用下,由靜止開始向右運(yùn)動(dòng)。某時(shí)刻,一小物塊以與木板等大、反向的速度從右端滑上木板。已知t=0到t=4t0的時(shí)間內(nèi),木板速度v隨時(shí)間t變化的圖像如圖所示,其中g(shù)為重力加速度大小。t=4t0時(shí)刻,小物塊與木板的速度相同。下列說法正確的是(

)A.小物塊在t=3t0時(shí)刻滑上木板B.小物塊和木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)為2μC.小物塊與木板的質(zhì)量之比為3∶4D.t=4t0之后小物塊和木板一起做勻速運(yùn)動(dòng)題給的v-t圖像包含了豐富的信息,列表如下:時(shí)刻/時(shí)間信息轉(zhuǎn)化解決問題t03t0木板由加速運(yùn)動(dòng)變?yōu)闇p速運(yùn)動(dòng)木板受力發(fā)生變化,3t0為小物塊滑上木板的時(shí)刻,A項(xiàng)正確時(shí)刻/時(shí)間信息轉(zhuǎn)化解決問題3t0~4t0對(duì)小物塊有μ2mg=ma2,解得μ2=2μ,B項(xiàng)正確對(duì)木板有μ(m木+m)g+2μmg-F=m木a1',整理得m∶m木=1∶2,C項(xiàng)錯(cuò)誤時(shí)刻/時(shí)間信息轉(zhuǎn)化解決問題4t0小物塊與木板的速度相同每一個(gè)選項(xiàng)的判斷都依賴于從圖像中獲取的信息,因此,對(duì)圖像中信息的理解是對(duì)理解能力考查的重要組成部分。中學(xué)物理涉及的圖像種類繁多,包含但不限于下列種類:類別常見圖像動(dòng)力學(xué)圖像功和能圖像F-x圖像、Ek-x圖像、Ep-h圖像、W-x圖像等電磁學(xué)圖像φ-x圖像、E-x圖像、U-I圖像、B-t圖像等熱力學(xué)圖像p-V圖像、V-T圖像、p-T圖像、p-t圖像等振動(dòng)和波圖像振動(dòng)x-t圖像、波動(dòng)y-x圖像等原子物理圖像Ek-ν圖像、Uc-ν圖像、比結(jié)合能—質(zhì)量數(shù)圖像等不同圖像的共同點(diǎn)是都存在于平面直角坐標(biāo)系中,都有橫軸和縱軸,都反映了縱軸對(duì)應(yīng)的物理量隨橫軸對(duì)應(yīng)的物理量的變化關(guān)系。從不同的圖像中獲取信息,再利用獲得的信息解決物理問題,有著相同的思維邏輯和解題方法。面對(duì)一個(gè)圖像題,解題流程一般是這樣的:在這個(gè)過程中,建立數(shù)學(xué)圖像與物理規(guī)律之間的關(guān)系至關(guān)重要。在觀察圖像時(shí),應(yīng)著重觀察圖像的函數(shù)類型(一次函數(shù)、二次函數(shù)等),寫出兩物理量之間的函數(shù)關(guān)系式,進(jìn)而利用圖像的斜率、截距,乃至圖像與橫軸圍成的圖形的面積,挖掘出它們的物理意義。對(duì)圖像的理解依然離不開對(duì)基本概念和基本規(guī)律的理解,對(duì)圖像的理解是高考考查理解能力的重要途徑。1.2.1動(dòng)力學(xué)圖像動(dòng)力學(xué)圖像反映了物體運(yùn)動(dòng)和受力的關(guān)系,常見的圖像有x-t圖像、v-t圖像、a-t圖像、F-t圖像、v2-x圖像等。不同的圖像反映了不同的運(yùn)動(dòng)或受力特征,應(yīng)結(jié)合具體的圖像,根據(jù)相關(guān)的物理規(guī)律(如勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律、牛頓運(yùn)動(dòng)定律等)分析物理量之間的關(guān)系,進(jìn)而解決具體的問題。典型

例題

典例1

(2025北京卷,11)模擬失重環(huán)境的實(shí)驗(yàn)艙,通過電磁彈射從地面由靜止開始加速后豎直向上射出,上升到最高點(diǎn)后回落,再通過電磁制動(dòng)使其停在地面,實(shí)驗(yàn)艙運(yùn)動(dòng)過程中,受到的空氣阻力Ff的大小隨速率增大而增大,Ff隨時(shí)間t的變化如圖所示(向上為正),下列說法正確的是(

)A.從t1到t3,實(shí)驗(yàn)艙處于電磁彈射過程B.從t2到t3,實(shí)驗(yàn)艙加速度大小減小C.從t3到t5,實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)物體處于失重狀態(tài)D.t4時(shí)刻,實(shí)驗(yàn)艙達(dá)到最高點(diǎn)[信息提取與轉(zhuǎn)化]項(xiàng)目?jī)?nèi)容圖像意義Ff-t圖像縱軸:

空氣阻力Ff。橫軸:時(shí)間t。反映實(shí)驗(yàn)艙受到的空氣阻力Ff隨時(shí)間的變化規(guī)律圖線類型Ff-t圖像曲線物理規(guī)律上升過程,根據(jù)牛頓第二定律有mg+Ff=ma下落過程,根據(jù)牛頓第二定律有mg-Ff=ma項(xiàng)目?jī)?nèi)容解決問題項(xiàng)目?jī)?nèi)容解決問題項(xiàng)目?jī)?nèi)容解決問題[答案]B典例2

(2024安徽卷,4)傾角為θ的傳送帶以恒定速率v0順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),t=0時(shí)在傳送帶底端無初速輕放一物塊,如圖所示。t0時(shí)刻物塊運(yùn)動(dòng)到傳送帶中間某位置,速度達(dá)到v0。不計(jì)空氣阻力,則物塊從傳送帶底端運(yùn)動(dòng)到頂端的過程中,加速度a、速度v隨時(shí)間t變化的關(guān)系圖線可能正確的是(

)[信息提取與轉(zhuǎn)化]項(xiàng)目?jī)?nèi)容圖像意義a-t圖像縱軸:加速度a。橫軸:時(shí)間t。反映物體加速度隨時(shí)間的變化規(guī)律v-t圖像縱軸:速度v。橫軸:時(shí)間t。反映物體速度隨時(shí)間的變化規(guī)律圖線類型a-t圖像平行于橫軸的直線:勻變速直線運(yùn)動(dòng)。傾斜直線:變加速直線運(yùn)動(dòng)v-t圖像平行于橫軸的直線:勻速直線運(yùn)動(dòng)。傾斜直線:勻變速直線運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目?jī)?nèi)容物理規(guī)律物塊在傾斜傳送帶上做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)或勻速直線運(yùn)動(dòng)解決問題0~t0時(shí)間內(nèi),物塊做加速直線運(yùn)動(dòng);受力分析可知,物體受重力、支持力、滑動(dòng)摩擦力,滑動(dòng)摩擦力大于重力平行于傳送帶向下的分力,合力不變,故物塊做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng),此過程中加速度不變,a-t圖像應(yīng)為平行于時(shí)間軸的直線,v-t圖像應(yīng)為過坐標(biāo)原點(diǎn)的傾斜直線。t0之后,當(dāng)物塊速度與傳送帶速度相同時(shí),靜摩擦力與重力平行于傳送帶向下的分力相等,加速度突變?yōu)榱?物塊做勻速直線運(yùn)動(dòng),此過程中加速度為零,a-t圖像與時(shí)間軸重合,v-t圖像應(yīng)為平行于時(shí)間軸的直線。C項(xiàng)正確[答案]C師語解惑

1.2.2

功和能圖像功能關(guān)系是中學(xué)物理的重要組成部分,《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》(2017年版2020年修訂)提出物理學(xué)科的四項(xiàng)核心素養(yǎng),其中物理觀念主要包含了物質(zhì)觀念、運(yùn)動(dòng)和相互作用觀念、能量觀念,可見功能關(guān)系在高中物理中的重要地位。常見的功和能圖像有F-x圖像、Ek-x圖像、Ep-x圖像、E(機(jī)械能)-x圖像等,之所以多為隨位移變化的規(guī)律,是因?yàn)槟芰客c做功存在密切聯(lián)系,而功又是力在位移上的積累。典型

例題

典例3

(2024貴州卷,6)質(zhì)量為1kg的物塊靜置于光滑水平地面上,設(shè)物塊靜止時(shí)的位置為x軸零點(diǎn)?，F(xiàn)給物塊施加一沿x軸正方向的水平力F,其大小隨位置x變化的關(guān)系如圖所示,則物塊運(yùn)動(dòng)到x=3m處時(shí),F做功的瞬時(shí)功率為(

)A.8W

B.16WC.24W

D.36W[信息提取與轉(zhuǎn)化]項(xiàng)目?jī)?nèi)容圖像意義橫軸:位移x?？v軸:

水平力F。反映力F隨位移的變化規(guī)律圖線類型平行于位移軸的直線物理規(guī)律功的定義:W=Fxcos

θ面積力F圖線與橫軸所圍成的面積表示力F做的功解決問題物塊運(yùn)動(dòng)到x=3

m處時(shí)[答案]A師語解惑

1.2.3

電磁學(xué)圖像電磁學(xué)圖像是圖像類問題的重要組成部分。例如在電磁感應(yīng)問題中,回路的電流、電路兩端的電壓、導(dǎo)體棒所受的安培力、回路的產(chǎn)熱功率等都會(huì)隨時(shí)間發(fā)生變化。要分析具體規(guī)律,需要在具體的問題情境中,根據(jù)相關(guān)的物理原理寫出各物理量與時(shí)間的函數(shù)關(guān)系式,進(jìn)而確定圖像。在靜電場(chǎng)中,電場(chǎng)強(qiáng)度和電勢(shì)都可能會(huì)隨著位置坐標(biāo)x而發(fā)生變化,不同的變化圖像反映出不同的電場(chǎng),不同的電場(chǎng)有著不同的性質(zhì),通過圖像考查電場(chǎng)的性質(zhì)也是考查理解能力的一個(gè)重要方向。典型

例題

[信息提取與轉(zhuǎn)化]項(xiàng)目?jī)?nèi)容圖像意義橫軸:

運(yùn)動(dòng)路程s?？v軸:

gh段速度大小v。反映gh段速度大小隨路程的變化規(guī)律圖線類型周期性變化的曲線物理規(guī)律法拉第電磁感應(yīng)定律,閉合電路的歐姆定律,安培力,牛頓第二定律項(xiàng)目?jī)?nèi)容解決問題項(xiàng)目?jī)?nèi)容解決問題項(xiàng)目?jī)?nèi)容解決問題[答案]BC

[信息提取與轉(zhuǎn)化]項(xiàng)目?jī)?nèi)容圖像意義橫軸:時(shí)間t?？v軸:電阻兩端的電壓u。反映u隨t的變化規(guī)律圖線類型圖甲:直線型。圖乙:正弦曲線物理規(guī)律項(xiàng)目?jī)?nèi)容解決問題圖甲圖乙[答案]B1.2.4

熱力學(xué)圖像熱力學(xué)圖像包含了與熱力學(xué)相關(guān)的圖像,如分子力、分子勢(shì)能隨分子間距離的變化關(guān)系。在氣體部分,氣體狀態(tài)參量間存在著密切的關(guān)系,不同的圖像反映了不同的狀態(tài)變化,如在p-V圖像中,雙曲線的一支表示氣體做等溫變化,而在p-T圖像中,過原點(diǎn)的直線表示氣體做等容變化。氣體狀態(tài)參量間的變化反映了三大氣體實(shí)驗(yàn)定律和熱力學(xué)第一、第二定律,因此,考查氣體圖像即考查對(duì)氣體三大實(shí)驗(yàn)定律及熱力學(xué)第一、第二定律的理解,歸根結(jié)底是考查對(duì)物理觀念的理解能力。典型

例題

典例6

(多選)(2024海南卷,11)一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a開始經(jīng)ab、bc、ca三個(gè)過程回到原狀態(tài),已知ab垂直于T軸,bc延長(zhǎng)線過O點(diǎn),下列說法正確的是(

)A.bc過程外界對(duì)氣體做功B.ca過程氣體壓強(qiáng)不變C.ab過程氣體放出熱量D.ca過程氣體內(nèi)能減小[信息提取與轉(zhuǎn)化]項(xiàng)目?jī)?nèi)容圖像意義橫軸:熱力學(xué)溫度T?？v軸:體積V。反映氣體體積隨熱力學(xué)溫度的變化關(guān)系圖線類型延長(zhǎng)線過原點(diǎn)的傾斜直線和不過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線物理規(guī)律斜率圖線上各點(diǎn)與坐標(biāo)原點(diǎn)連線的斜率反映了氣體壓強(qiáng)的大小,斜率越大,壓強(qiáng)越小項(xiàng)目?jī)?nèi)容解決問題A由圖像可知,bc過程圖線的斜率不變,氣體壓強(qiáng)不變,bc過程為等壓變化,氣體體積減小,

外界對(duì)氣體做功,A項(xiàng)正確B由圖像可知,ca過程圖線上各點(diǎn)與坐標(biāo)原點(diǎn)連線的斜率變大,氣體壓強(qiáng)變小,B項(xiàng)錯(cuò)誤Cab過程為等溫變化,氣體內(nèi)能不變,故ΔU=0,根據(jù)玻意耳定律可知,氣體體積減小,壓強(qiáng)增大,外界對(duì)氣體做功,故W>0,根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=Q+W,可得Q<0,ab過程氣體放出熱量,C項(xiàng)正確Dca過程,氣體溫度升高,內(nèi)能增大,D項(xiàng)錯(cuò)誤[答案]AC

師語解惑

1.2.5

簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)和簡(jiǎn)諧波圖像簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖像與簡(jiǎn)諧波的圖像都是正弦函數(shù)圖像,兩者之間存在密切聯(lián)系,又有著本質(zhì)區(qū)別,正確區(qū)分簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)圖像與簡(jiǎn)諧波的圖像是解決此類問題的關(guān)鍵。現(xiàn)將簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)與簡(jiǎn)諧波的圖像的聯(lián)系與區(qū)別列表如下:比較項(xiàng)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)圖像簡(jiǎn)諧波圖像圖像意義橫軸:時(shí)間t?？v軸:位移y橫軸:位置x?？v軸:位移y描述對(duì)象一個(gè)質(zhì)點(diǎn)由多個(gè)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)形成的機(jī)械波物理意義一個(gè)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的位移隨時(shí)間的變化規(guī)律在某一時(shí)刻不同位置的質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于平衡位置的位移周期性時(shí)間的周期性,對(duì)應(yīng)一個(gè)周期T空間的周期性,對(duì)應(yīng)一個(gè)波長(zhǎng)λ聯(lián)系典型

例題

典例7

(多選)(2024全國(guó)新課標(biāo)卷,19)位于坐標(biāo)原點(diǎn)O的波源在t=0時(shí)開始振動(dòng),振動(dòng)圖像如圖所示,所形成的簡(jiǎn)諧橫波沿x軸正方向傳播。平衡位置在x=3.5m處的質(zhì)點(diǎn)P開始振動(dòng)時(shí),波源恰好第2次處于波谷位置,則(

)A.波的周期是0.1sB.波的振幅是0.2mC.波的傳播速度是10m/sD.平衡位置在x=4.5m處的質(zhì)點(diǎn)Q開始振動(dòng)時(shí),質(zhì)點(diǎn)P處于波峰位置[信息提取與轉(zhuǎn)化]項(xiàng)目?jī)?nèi)容圖像信息波的周期為0.2

s,A項(xiàng)錯(cuò)誤振幅為偏離平衡位置的最大位移,從圖像可以看出波的振幅為0.2

m,B項(xiàng)正確圖像信息解決問題[答案]BC典例8

(2025海南卷,5)如圖所示,實(shí)線和虛線分別是沿著x軸正方向傳播的一列簡(jiǎn)諧橫波在t=0時(shí)刻和t=0.5s的波形圖,已知波的周期T>0.5s,則下列關(guān)于該列波說法正確的是(

)A.波長(zhǎng)為5cmB.波速為10cm/sC.周期為1sD.t=0時(shí)刻,質(zhì)點(diǎn)M向下振動(dòng)[信息提取與轉(zhuǎn)化]項(xiàng)目?jī)?nèi)容圖像信息從波的圖像上可知波長(zhǎng)為10

cm,A項(xiàng)錯(cuò)誤根據(jù)波的傳播方向與質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向的關(guān)系,結(jié)合波的圖像可知t=0時(shí)刻,質(zhì)點(diǎn)M向下振動(dòng),D項(xiàng)正確解決問題[答案]D師語解惑

1.2.6

原子物理圖像圖像中往往包含了豐富的信息,原子物理部分也不例外,如不同溫度下黑體輻射強(qiáng)度隨波長(zhǎng)的變化圖像、光電流隨極板間電壓的變化圖像、遏止電壓隨入射光頻率的變化圖像、比結(jié)合能隨原子核質(zhì)量數(shù)的變化圖像等,這些圖像形態(tài)各異,但都反映著原子物理世界的變化規(guī)律。利用已知的物理規(guī)律分析圖像是解決圖像問題的基本方法。典型

例題

典例9

(多選)(2025浙江1月選考,11)如圖甲所示,三束由氫原子發(fā)出的可見光P、Q、R分別由真空玻璃管的窗口射向陰極K。調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器,記錄電流表與電壓表示數(shù),兩者關(guān)系如圖乙所示。下列說法正確的是(

)A.分別射入同一單縫衍射裝置時(shí),Q的中央亮紋比R的寬B.P、Q產(chǎn)生的光電子在K處的最小德布羅意波長(zhǎng),P大于QC.氫原子向第一激發(fā)態(tài)躍遷發(fā)光時(shí),三束光中Q對(duì)應(yīng)的能級(jí)最高D.對(duì)應(yīng)于圖乙中的M點(diǎn),單位時(shí)間到達(dá)陽極A的光電子數(shù)目,P多于Q[信息提取與轉(zhuǎn)化]項(xiàng)目?jī)?nèi)容圖像意義橫軸:電壓U?？v軸:光電流I。反映光電流隨AK間電壓的變化規(guī)律圖線類型曲線物理規(guī)律隨著電壓的增大,光電流逐漸增大,但會(huì)達(dá)到一個(gè)極值,這個(gè)極值稱為飽和電流,飽和電流的大小與光的強(qiáng)弱有關(guān),入射光越強(qiáng),飽和電流越大橫軸截距光電流恰好為零時(shí)所加反向電壓稱為遏止電壓Uc,滿足eUc=Ekm,Ekm=hν-W0項(xiàng)目?jī)?nèi)容解決問題AB項(xiàng)目?jī)?nèi)容解決問題C因Q對(duì)應(yīng)的光子能量最大,根據(jù)hν=Em-E2,可知?dú)湓酉虻谝患ぐl(fā)態(tài)躍遷發(fā)光時(shí),三束光中Q對(duì)應(yīng)的能級(jí)最高,C項(xiàng)正確D對(duì)應(yīng)于圖乙中的M點(diǎn),P和Q對(duì)應(yīng)的光電流相等,可知P和Q產(chǎn)生的光電子單位時(shí)間到達(dá)陽極A的數(shù)目相等,D項(xiàng)錯(cuò)誤[答案]BC題號(hào)選題理由1振動(dòng)圖像和波的圖像相結(jié)合,考查學(xué)生對(duì)振動(dòng)圖像和波的圖像的理解和識(shí)別能力2通過p-V圖像表示多個(gè)熱力學(xué)變化過程,考查學(xué)生對(duì)熱學(xué)中圖像的理解3以釔90樹脂微球手術(shù)為情境,借助圖像考查半衰期4以靜電場(chǎng)中電勢(shì)φ隨x變化的圖像為情境,考查學(xué)生對(duì)靜電場(chǎng)中圖像斜率物理意義的理解5以v-t圖像為切入點(diǎn)考查學(xué)生從圖像中挖掘動(dòng)力學(xué)、動(dòng)量和能量等方面隱含條件的能力

【信息提取與轉(zhuǎn)化】

項(xiàng)目?jī)?nèi)容圖像信息y-x圖像y-t圖像項(xiàng)目?jī)?nèi)容解決問題A項(xiàng)目?jī)?nèi)容解決問題BCD2.(多選)(2024全國(guó)新課標(biāo)卷,21)如圖所示,一定量理想氣體的循環(huán)由下面4個(gè)過程組成:1→2為絕熱過程(過程中氣體不與外界交換熱量),2→3為等壓過程,3→4為絕熱過程,4→1為等容過程。上述4個(gè)過程是四沖程柴油機(jī)工作循環(huán)的主要過程。下列說法正確的是(

AD

)A.1→2過程中,氣體內(nèi)能增加B.2→3過程中,氣體向外放熱C.3→4過程中,氣體內(nèi)能不變D.4→1過程中,氣體向外放熱【信息提取與轉(zhuǎn)化】

項(xiàng)目?jī)?nèi)容圖像意義橫軸:體積V?？v軸:壓強(qiáng)p。反映氣體壓強(qiáng)隨氣體體積的變化關(guān)系圖像解析1→2絕熱過程,Q=0,體積減小,W>0,由ΔU=W+Q,可知ΔU>0,氣體內(nèi)能增加,A項(xiàng)正確2→3等壓變化,根據(jù)蓋-呂薩克定律,體積增大,溫度升高,理想氣體內(nèi)能增加,ΔU>0。體積增大,對(duì)外做功,W<0。由ΔU=W+Q,可知Q>0,氣體從外界吸收熱量,B項(xiàng)錯(cuò)誤3→4絕熱過程,Q=0,體積增大,W<0,由ΔU=W+Q,可知ΔU<0,氣體內(nèi)能減少,C項(xiàng)錯(cuò)誤4→1等容變化,W=0。根據(jù)查理定律,壓強(qiáng)減小,溫度降低,理想氣體內(nèi)能減少,ΔU<0。由ΔU=W+Q,可知Q<0,即氣體向外放熱,D項(xiàng)正確

【信息提取與轉(zhuǎn)化】

項(xiàng)目?jī)?nèi)容圖像意義圖線類型曲線物理規(guī)律項(xiàng)目?jī)?nèi)容解決問題4.(多選)(2024天津卷,8)某靜電場(chǎng)在x軸正半軸的電勢(shì)φ隨x變化的圖像如圖所示,a、b、c、d為x軸上的四個(gè)點(diǎn)。一負(fù)電荷僅在靜電力作用下,以一定初速度從d點(diǎn)開始沿x軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng)到a點(diǎn),則該電荷(

BD

)A.在b點(diǎn)電勢(shì)能最小B.