02物理图像及应用.doc

02、物理图像及应用力学热学电学光学、原子核实验位移时间速度时间力时间力位移振动图象共振图象波的图象分子力图象分子势能图象电压电流电压时间电流时间磁通量图象感应电流图象磁感应强度图象衰变图象平均结合能图象弹簧的弹力图象伏安特性曲线路端电压电流1.认识物理图象1.图象中的横轴与纵轴所代表的物理量和单位2.图象的特征3.截距的物理意义斜率的物理意义 5图象中极限的物理意义6图象中图线与坐标轴所围面积的物理意义2.物理图象的应用（1）在读图时要善于发现图中的隐含条件。例如，物理图象的纵、横截距、斜率和面积以及曲线间平行、相交、重合的关系，有时几个不同的物理图象从不同侧面描述同一物理过程时更要理解它们之间的联系和区别；（2）用作图法处理实验数据时，要理解所谓“拟合曲线”的意义，如何筛选、描线直接影响结果的准确性，同时也是能力具体体现之一。I.从图象中获取信息例1、如图所示，直线OAC为某一直流电源的总功率P总随电流I的变化图线；抛物线OBC为同一电源内部的发热功率P随电流I的变化图线。若线段AB对应的横坐标为2A，那么AB的长度所表示的功率及电流I2A时所对应的外电阻分别为多大？例2、一小型发电机内的矩形线圈在匀强磁场中以恒定的角速度绕垂直于磁场方向固定轴转动。线圈匝数100匝，穿过每匝线圈的磁通量随时间按正弦规律变化，如图所示，发电机内阻5，外电阻R 95。已知感应电动势的最大值E ，其中为穿过每匝线圈磁通量的最大值。求串联在外电路中的交流电流表（内阻不计）的读数。II.根据图象展现物理情境例3、AB连线是某电场中的一条电场线，一正电荷从A点处自由释放，电荷仅在电场力作用下沿电场线从A点到B点运动过程中的速度图象如图所示，比较A、B两点电势的高低和场强E的大小。III.从提供的物理情境画出相对应的图象例4、如图所示，abcd为一边长l，具有质量的刚导线框，位于水平面内，bc边串接有电阻R，导线的电阻不计。虚线表示一匀强磁场区域的边界，它与线框ab边平行，磁场区域的宽度为2l，磁场磁感应强度为B，方向竖直向下，线框在一垂直于ab边的小平恒定拉力作用下，沿光滑水平面运动，直到通过磁场区域，已知ab边刚进入磁场时，线框便变为匀速运动，此时通过电阻R的电流的大小为i0，试在图中的ix坐标上定性画出，从导线框刚进入磁场到完全离开磁场的过程中，流过电阻R的电流i的大小，随ab边的位置坐标x变化的图线。例5、 一辆汽车在恒定的功率牵引下，在平直公路上由静止出发，经4min的时间行驶1.8km，则在4min末汽车的速度（ ）A、等于7.5m/s B、大于7.5m/s C、等于15m/s D、15m/s例6、 电路如图8-2，、分别为理想的电流表和电压表，R1、R2分别为定值电阻和可变电阻，电池E内阻不计， A、R1不变时，读数与读数之比等于R1B、R2不变时，读数与读数之比等于R1C、R2改变一定量时，读数的变化量与读数变化量之比的绝对值等于R1D、R2改变一定量时，读数的变化量与读数变化量之比的绝对值等于R1例7、 把一个“10V、5W”的用电器B（纯电阻）接到这一电源上，A消耗的功率是2W；换另一个“10V、5W”的用电器B（纯电阻）接到这一电源上，B实际消耗的功率可能小于2W吗？若有可能则条件是什么？4.利用图象处理实验数据例8、小灯泡灯丝的电阻会随温度的升高而变大.某同学为研究这一现象，用实验得到如下数据（I和U分别表示小灯泡上的电流和电压）：I（A）0.120.210.290.340.380.420.450.470.490.50U（V）0.200.400.600.801.001.201.401.601.802.00（1）在左下框中画出实验电路图. 可用的器材有：电压表、电流表、滑线变阻器（变化范围010）、电源、小灯泡、电键、导线若干.（2）在右图中画出小灯泡的UI曲线.（3）如果电池的电动势是1.5V，内阻是2.0.问：将本题中的灯泡接在该电池两端，小灯泡的实际功率是多少？（简要写出求解过程；若需作图，可直接画在第（2）小题的方格图中）图像专题测试一选择题1氢原子从第三能级跃迁到第二能级时，辐射的光子照射到某种金属，刚好能发生光电效应。现有大量氢原子处于n4的激发态，则在向低能级跃迁时所辐射的各种能量的光子中，可使这种金属发生光电效应的种数为 （ ）A、3种 B、4种 C、5种 D、6种2A、B两车由静止开始运动，运动方向不变，运动总位移相同，A行驶的前一半时间以加速度a1做匀加速运动，后一半时间以加速度a2做匀加速运动，而B则是前一半时间以加速度a2做匀加速度运动，后一半时间以加速度a1做匀加速运动，已知a1a2，设A的行驶时间tA、未速度VA，B的行驶时间tB,未速度vB,则： （ ） A、tAtB, VAVB B、tAtB, VA=VB D、tAtB, VAR，E1E2，则（ ）A、r1r2 B、r1P2 D、P1P2二填空和实验伸长/cm拉力 / N02244668AB甲乙（总分24分）11（8分）为了探索弹力和弹簧伸长的关系, 李卫同学选了甲、乙两根规格不同的弹簧进行测试，根据测得的数据绘出如下所示图象。从图象上看,该同学没能完全按实验要求做,而使图象上端成曲线, 图象上端成曲线是因为 。这两根弹簧的劲度系数分别为 和 。 若要制作一个精确程度较高的弹簧秤，应选弹簧 。12（4分）光滑水平面上有AB两物体,它们分别在水平力FA PtABO和 FB作用下作匀变速运动,加速度分别为aA 和aB ,它们动量P与时间t 的关系图像如图所示.则一定是：（ ）A.FA FBB.FA FB C.aA aBD.aA aB13（4分）若在示波器的“Y输入”和“地”之间加上如图甲所示的电压，而扫描范围旋钮置于“外x”档，则此时屏上应出现的情形是下图乙中的（ ）14（16分）在竖直平面内有一圆形绝缘轨道，半径R=1m，匀强磁场垂直于轨道平面向内，一质量为m=1103kg、带电量为q=+3102C的小球，可在内壁滑动，开始时，在最低点处给小球一个初速度v0，使小球在竖直面内逆时针做圆周运动，图甲是小球在竖直面内做圆周运动的速率v随时间变化的情况，图乙是小球所受轨道的弹力F随时间变化的情况，结合图象所给数据，求：（1）磁感应强度的大小。（2）小球初速度的大小。15（16分）水平面上两根足够长的金属导轨平行固定放置，问距为L，一端通过导线与阻值为R的电阻连接；导轨上放一质量为m的金属杆（见右上图），金属杆与导轨的电阻忽略不计；均匀磁场竖直向下.用与导轨平行的恒定拉力F作用在金属杆上，杆最终将做匀速运动.当改变拉力的大小时，相对应的匀速运动速度v也会变化，v与F的关系如右下图.（取重力加速度g=10m/s2）（1）金属杆在匀速运动之前做什么运动？（2）若m=0.5kg,L=0.5m,R=0.5；磁感应强度B为多大？（3）由vF图线的截距可求得什么物理量？其值为多少？16（16分）平行的两个金属板M、N相距d，两板上有两个正对的小孔A和B，A、B连线与板面垂直，在两个金属板上加有如图所示的交流电压u，交流电的周期为T，在t=0时，N板的电势比M板高u0，一个带正电的微粒质量为m，带电量为q，经电压为u (uuc时，带电微粒能够沿一个方向运动，一直到从B孔射出，求uc的大小？（2）加速电压u多大时？带电微粒不会从B孔射出？ 17（18分）图1所示为一根竖直悬挂的不可伸长的轻绳，下端拴一小物块A，上端固定在C点且与一能测量绳的拉力的测力传感器相连.已知有一质量为m0的子弹B沿水平方向以速度v0射入A内（未穿透），接着两者一起绕C点在竖直面内做圆周运动，在各种阻力都可忽略的条件下测力传感器测得绳的拉力F随时间的变化关系如图2所示。已知子弹射入的时间极短，且图2中t0为A、B开始以相同速度运动的时刻，根据力学规律和题中（包括图）提供的信息，对反映悬挂系统本身性质的物理量（例如A的质量）及A、B一起运动过程中的守恒量，你能求得哪些定量的结果？18（18分）示波器是一种多功能电学仪器，可以在荧光屏上显示被检测的电压波形它的工作原理等效成下列情况：如图甲所示，真空室中阴极K逸出电子（初速不计），经过电压为U1的加速电场后，由小孔S沿水平金属极板A、B间的中心线射入两板间金属极板A、B长均为l，相距为d，在两板间加上如图乙所示的正弦交变电压，周期为T前半个周期内B板的电势高于A板的电势，电场全部集中在两板之间，且分布均匀在每个电子通过两板间的短时间内，电场视作恒定的在两极板右侧与极板右端相距D处有一个与两极板中心线垂直的荧光屏，中心线正好与屏上坐标原点相交荧光屏足够大，能从两极板间穿出的所有电子都能打在荧光屏上当t0时，某一个电子恰好到达荧光屏坐标原点O，这时，使荧光屏以恒定速度v沿水平x轴向负方向运动，每经过一定的时间后，在一个极短时间内（时间可忽略不计）荧光屏又跳回初始位置，然后做同样的匀速运动已知电子的质量为m，带电荷量为e，不计电子的重力求：（1）电子刚进入金属极板A、B间时的初速度（2）要使所有的电子都能打在荧光屏上，图乙中电压的最大值U0应满足什么条件？（3）若已知U0且满足（2）中的条件，要使荧光屏上能显示一个完整的波形，荧光屏必须每隔多长时间回到初始位置？计算这个波形的峰值和长度，并在图丙中画出这个波形uOTU0U0乙tOyx丙答案例5、解析 汽车在恒定功率下由静止启动是加速度越来越小的变加速运动，很难通过运动方程求瞬时速度，一般的方法是由动能定理求出动能、再求速度但这必须要知道牵引力、阻力所做的功。而现在这些条件都未知，但在恒定功率下，其4min内的平均速度，由于加速度变小，所以末速度，同时由于位移关系，其图象如图，为一上凸的曲线。打斜线部分“面积”相等，即位移为，如果，则位移；而则位移，故，正确选项是BD。例6、解析：由题高，、分别测出R1、R2两端电压，测出通过R1、R2的电流，因此：、 且，当R2为某一值时，R1、R2的伏安特性曲线如图（a）所示（如R1R2），在图中，的关系很难表示出来，如果，将R2的伏安特性曲线的横轴反向，即U轴向左，如（b）图，再把、b两图按的关系画在（2）图中，那末电流、电压关系就非常直观了。特别是可变电阻R2改变一定量时（如增大为）；电流变为，增大，如图（C）所示，显然，满足。 故正确选项是BCD例7、解析：用电器A、B的电阻分别为 由于，所以B接入电路时，电压，PB5W，但能否小于2W呢？A接入时： 则换上B后，由题设 则可见，条件是；即可。如果，从电源做伏安特性曲线来看，当时，有临界内阻，及临界电动势，由于不变，当、时，其解在PB伏安特性曲线的OP段（如图）之内，因为A、B消耗的功率是U-I图象中的“面积”；在过Q点，又过OP线段的E、r即为所求，可见，本题的所有解就是、的电源。例8、（1）见下图（2）见右图（3）作出U=图线，可得小灯泡工作电流为0.35安，工作电压为0.80伏，因此小灯泡实际功率为0.28瓦参考答案:1C 2B 3BC 4A 5AC 6BCD 7A 8AD 9BD 10BD11超过弹簧的弹性限度；66.7N/m；200N/m；A12A14C15解：（1）从甲图可知，小球第二次过最高点时，速度大小为5m/s，而 由乙图可知，此时轨道与球间弹力为零， 代入数据，得B=0.1T（2）从图乙可知，小球第一次过最低点时，轨道与球面之间的弹力为F=5.0102N，根据牛顿第二定律，代入数据，得v0=8m/s。16（1）变速运动（或变加速运动、加速度减小的加速运动，加速运动）。（2）感应电动势 感应电流 安培力 由图线可知金属杆受拉力、安增力和阻力作用，匀速时合力为零。 由图线可以得到直线的斜率k=2，（T） （3）由直线的截距可以求得金属杆受到的阻力f，f=2（N） 若金属杆受到的阻力仅为动摩擦力，由截距可求得动摩擦因数 17uc= uc=18由图2可直接看出，A、B一起做周期性运动，运动的周期T2t0 令表示A的质量，表示绳长.表示B陷入A内时即时A、B的速度（即圆周运动最低点的速度），表示运动到最高点时的速度，F1表示运动到最低点时绳的拉力，F2表示运动到最高点时绳的拉力，根据动量守恒定律，得在最