专题二十-初中物理图像问题

专题二十初中物理图像问题

利用图像分析处理物理问题是一种科学方法，各个版本物理教材在研究物理规律时，通过实验数据可

以得到图像，这个图像能直观形象的给出两个物理量之间的关系，结合物理公式就能知道其它量的数值。

物理学科的力电热光知识体系的问题都离不开图像法。每年全国各地每年中考试题里都含有图像题，重视

图像法解决物理问题是毕业班学生提高成绩的不可忽视的创新举措。

・、物理图像超

1.图像内容

对于图像类问题，主要考察温度一一时间图像；路程一一时间图像、速度一一时间图像；质量一一体

积图像；电流一一电压图像、电阻一一温度图象、电阻一一压力图象；压强一一深度图像；像距一一物距

图像；力一一时间图像；浮力一一深度图像；大气压一一高度图像等的认识和理解。从而让学生在深层次

上掌握图像和物理规律间的内在联系。利用物理图象比较物理量、根据规律选择图象、利用图象获取信息、

利用图象进行计算、绘制图象等。利用图像处理物理问题是课程标准所要求的一种研究物理规律的方法。

是考试说明强调的每年必考的知识点。

2.图像题考法

图像问题涵盖面广，在选择题、填空题、分析简答题、实验与探究题、综合题中都能经常遇到图像问

题，要高度重视。解答图象题的总纲领是：先搞清楚图象中横坐标、纵坐标所表示的物理量；弄清坐标上

的分度值；明确图象所表达的物理意义，利用图象的交点坐标、斜率和截距及图象与坐标轴所包围的面积

等，进行分析、推理、判断和计算；根据图象对题目中的问题进行数据计算或做出判断性结论。河北省在

中考试卷中，每年都在最后两道大题其中的一道题里出现一个涉及利用图象提供信息的计算题。分值可观,

加强训练.

二、用图像法解决物理问题基本思路

解答图象题的总纲领是：先搞清楚图象中横坐标、纵坐标所表示的物理量；弄清坐标上的分度值；明

确图象所表达的物理意义，利用图象的交点坐标、斜率和截距及图象与坐标轴所包围的面积等，进行分析、

推理、判断和计算；根据图象对题目中的问题进行数据计算或做出判断性结论。我省各地市在中考试卷中,

每年都在最后两道大题其中的一道题里出现一个涉及利用图象提供信息的计算题。分值可观，加强训练。

三、运用物理图像解决力热电光问题实例解析

1.从图象中获取有用信息，巧用图像的面积解决力学问题。

［例题1］下列图象中，能正确反映匀速直线运动的是（）

答案：B

解析：匀速直线运动是指运动速度保持不变，方向为直线的运动，通过图象判断时，要先明确图象的横纵

坐标所代表的物理量，再明确其变化规律。

AC.图中的s-t图象是曲线，说明路程和时间不成正比，也就是物体做变速运动，故AC不符合题意；

B.图中的v-t图象表示物体的速度不变，说明物体做匀速直线运动，故B符合题意；

D.图中的v-t图象表示物体的速度均匀增大，说明物体做加速直线运动，故D不符合题意。

【例题2】放在水平地面上的一物块，受到方向不变的水平推力F的作用，F的大小与时间t的关系和物块

2

速度-与时间t的关系如下左图利右图所示。已知物块运动时受到的摩擦力是重力的0.4倍，取g=10m/so

由此两图线可以知道下列结论错误的是（）

A.物块的质量为m=0.5kg,物块运动时受到的摩擦力为f=2N；

B.物块在4s—6s时间内水平推力做功为16J；

C.物块0—2s时间内在1N的水平推力作用下，处于静止状态；

D.物块2s-4s时间内的平均速度大小为4m/s。

答案：【）

解析：巧用图像的面积解决力学问题。本题关键点在于用速度一一时间图像与横轴围成的面积等于变速运

动的物体在一定时间内运动的路程。

根据图像可以获得以下相关信息：0至2s时间内物块在1N的水平推力作用下静止，所以C结论正确：4s

至6s时间内在2N的水平推力作用下,做匀速直线运动，F=f=0.4mg=2N,m=0.5kg.

所以结论A正确；

由干F=2N,s=vt=4m/sX2s=8m,水平推力做功性Fs=2NX8m=16J,所以B结论正确；

2s至4s时间内做变速直线运动，初中阶段涉及平均速度，求解办法是利用V=s/t。这时的路程s就是速度

——时间图像上的图线与横轴围成的三角形面积的数值。s=2X4/2=4

V=s/t=4m/2s=2m/s,所以D项结论错误。

【例题3】用弹簧测力计悬挂一实心物块，物块下表面与水面刚好接触，如图甲所示。从此处匀速下放物块,

直至浸没于水中并继续匀速下放：物块未与水底接触）。物块下放过程中，弹簧测力计示数F与物块下表面

浸入水的深度h的关系如图乙。g取10N/kg,水的密度是LOXlCrtg/R求:

（1）物块受到的重力；

（2）物块完全浸没在水中受到的浮力：

（3）物块的密度。

答案：（1）物块受到的重力为18N；

（2）物块完全浸没在水中受到的浮力为8N；

（3）物块的密度为2.25XlO/g/d.

解析：此题是探究影响浮力大小的因素实验，考查学生分析图象和数据的能力，注意分析问题过程中控制

变量法的应用，同时要熟练掌握密度公式及阿基米德原理公式，做到灵活应用。

测力计可以直接测量物体的重力；根据1G-F得出所受浮力的大小；根据阿基米德原理求出物体的体积:

根据密度公式求出密度。

（1）由图可知，物体浸入水中时测力计示数为18N,故物体的重力为G=18N;

（2）物体全部浸入水中时，测力计的示数为F=1ON,则在水中受到的浮力为F/G-F=18N-10N=8N,

F浮

（3）由F卡PNV建得,物体的体积为：

P水g

物体的重力为G,质量为m=0,

g

G_

则物体的密度为：P=芾：=患~「水=嘿乂LO'103kg/ir：=2.25X103kg/m\

P水g

2.巧用从图象中获取的有用信息，结合物理规律解决热学问题。

【例题1］下列关于图象的表述，正确的是（）

ABCD

A.如图，表示在水加热至沸腾的过程中，温度与加热时间的关系

B.如图，表示在液体凝固成晶体的过程中，温度与放热时间的关系

C.如图，表示同种物质质量与体积的关系

D.如图，表示匀速直线运动路程与时间的关系

答案：B

解析：分析图象问题时，苜先要明确横轴和纵轴代表的物理量，然后分析图象变化规律，从图象中正确、

迅速提取出有价值的信息，是我们需要提高的能力。苜先对每个选项的图象进行分析，密切所表达的函数

关系，然后根据对有关物理规律的掌握，判断图象能否正确反映物理规律。

A.液体在沸腾过程中吸热，但温度不变（即温度不会再上升），故A错误；

B.在液体凝固成晶体的过程中，不断放热，温度保持不变；图象中温度整体呈下降趋势，且有一段时间内

温度保持不变，符合晶体凝固的特点，是晶体凝固的图象，故B正确3

C.同种物质的质量与体积成正比，体积越大，质蚩越大，图象应为倾斜的直线，故C错误；

D.由图象知，随着时间的增加，路程不变，说明物体保持静止状态，故D错误。

【例题2】某物理兴趣小组的同学，用煤炉给l（）kg的水加热，同时他们绘制了如图所示的加热过程中水温

随时间变化的图线。若在6min内完全燃烧了2kg的煤，水的比热容为4.2X10：）/（kg-℃）,煤的热值约

为3X10，J/kg。求：（1）煤完全燃烧产生的热量；

（2）经过6min时间加热，水所吸收的热量；（3）煤炉烧水时的热效率。

80

答案：(1)6X10」(2)2.52X106J(3)4.2机

解析：经过6min时间加热，水所吸收的热量求解办法就是利用吸收热量公式。

Q#cm米(t-tc)o题中质量、比热已知。初温、末温根据图像就可获得。所以从图像获得初温、末温是突

破难点的关键。

(1)燃料完全燃烧产生的熟量：Q*q=2kg义3X10j/kg=6X10J

(2)从图像分析知道经过6min时间加热，水的温度从20七升高到80七.水的底量10kg,

水的比热容为4.2X103j/(kg•匕)，根据吸收熟量公式得到水所吸收的热蚩：

€

Q产cm水(t-t0)=4.2X10)/(kg•七)X10kgX60t=2.52X10J

(3)煤炉烧水时的热效率：

x100%=2-52X1O67x100%=4.2%

Q放6xlO7J

3.从图象中获取相关的信息，巧用图像截距解决电学问题

【例题1】如图是比、&两电阻的电压与电流关系图象，由图可知，电阻比的阻值为—Q,若将两电阻并

联后接在3V电源两端，干路电流为A。

答案：10；0.9a

解析：本题考查了并联电路的特点以及欧姆定律的应用，关键是根据图象读出电流和电压的对应值。由图

象读出甩阻比的任意一组电压和电流值，根据欧姆定律求出电阻R的阻值；两电阻并联时两端的电压相等,

根据图象读出对应的电压，再根据并联电路的甩流特点求出干路电流。

(1)由图象可知，当I=0.3A时，R的电压象=3V,

则由I二乜可得R的阻值：

R

R尸U二i•二上3V一二］。。；

I0.3A

(2)将两电阻并联后接在3V电源两端，则UFUFU=3V,

由图象可知，此时IJ=0.3A,12'=0.6A,

由并联电路的电流特点可得，干路电流：1:1」+12,=0.3A+0.6A=0.9A。

【例题2】如图甲所示的电路，在滑动变阻器R2的滑片P从B向A滑动的过程中，电压表与电流表示数的变

化关系如图乙所示，则下列说法中正确的是

L0Hl

图甲图乙

A.A的阻值是20Q

B.当电流表的示数是0.4A时，区接入电路的阻值是30。

C.电源电压是16V

D.该电路的最大电功率为7.2W

答案：A

解析：抓住图线在横轴上的截距的物理意义，结合欧姆定律建立方程是解决本题关键。

本题考点是属于中考必考点。考点是欧姆定律和电功率。横坐标是电流表示数，纵坐标是对应电流表示数

时电压表的读数。图像是电压表与电流表示数的变化关系的反映。图线在横轴上的截距I=O.9A,这时电压

表读数为0.表示甲图中滑动变阻器滑片在A端，有：

U=0.9R；.........(1)

图线在纵轴上的截距，表示电流表示数为0,电压表的读数，也就等于电源电压U。但图像没有画出在纵轴

上的截距，所以要想求出U和R：,只需再列出一个含有U和艮的等式，和(1)联立，即可解出。

滑片在B端时，电流表示数为0.2A,电压表示数为14Vo有：U=0.2R；+14V......(2)

解得R=20。电源电压U=18V.

当电流表的示数是0.4A时，电压表读数为10V,R?接入电路的阻值是25。.

根据P二UI知道。U一定，I最大时，电路电功率最大。电路电阻最小，也就是滑动变阻器接入电路阻值为

0.这时最大电流L=0.9AoPmax=UI„=18VX0.9A=16.2W

综合分析得到正确结果选A。

【例题3】如图甲电路中，电源电压保持不变，R是定值电阻。当开关S闭合，滑动变阻器比的滑片P由a

端移动到b端，两电表示数变化美系如图乙所示，则下列说法中正确的是()

A.电源电压为14V

B.B的最大阻值是30c

C.滑片P由a向b恰好移动三分之一长度时R的电功率为1.25W

I).滑片P在a端时，2分钟内R?消耗的电能是144J

答案：BCD

解析：

A.由图甲知，当滑片在b端时，滑动变阻器接入电路中的电阻为OQ,电路为R的简单电路，电路中的电

阻最小，电流最大，由图象乙知，电源的电压：U=U；=1OV,故A错误；此时电路中的电'流：I=0.5A,根据欧

姆定律可得，R的阻值：R：=4盥

I0.5A

B.当滑片位于a端时，滑动变阻器接入电路中的电阻最大，电压表V的示数最小，电路中的电流最小，

由图象知，此时U「=4V,电路中电流r=0.2A,由串联电路特点和欧姆定律可得，R的最大阻值：

z

U9U-Ui1nv-4V,1r

J一%：—3OQ，故B正确；

11U»ZA

c.P由a向b恰好移动三分之一长度时，则R的,接入电路中，此时电路中电流：I"

——苴一-----罗------O.25A,所以R的电功率：P尸I〃'R尸(0.25A)2X20Q=1.25W,故C正确；

R1+yR220O+yX30O

D.F在a端时,由B项解答可知电路中电流r=0.2A,此时UJ=4V,则2分钟内比消耗的电能：W,=IM't=(10V

-4V)X0.2AX120s=144J,故D正确。

4.从图象中获取相关的信息，结合规律解决光学问题。

【例题1］小明在探究“物距和物高一定时，物体经小孔所成像的高度和像距的关系”时，所用的实验器材

有：用发光二极管做成的物体、有小孔的方纸板、用半透明塑料膜做成的屏、量程为0——30cm的直尺。

实验装置的示意图如图所示。

（1）该实验应该在较—（选填“亮”或“暗”）的环境下进行.

（2）记录的实验数据如下表，请在方格纸上画出像高与物距的关系图像。

实验次数123456

物距Wcm相同

物高A/cm相同

像距v/cm4.08.012.016.020.024.0

像高h>/cm2.04.16.08.09.912.0

（3）根据图像，得出的探究结论是：______。

（4）另一名同学在做实验时，更换了部分实验器材，其实验装置的示意图如图所示。外筒（足够长）用不

透明的材料制成，左端开有小孔；内筒（内径约14cm）的筒壁用不透明的材料制成，左端用半透明塑料膜

做屏，并可以在外筒中自由地拉加或推入，其他器材不变。和小明使用的装置相比较，请说出该同学用这

样的装置做实验的好处和不足（各写一条即可）。好处;不足。

答案：（1）暗（2）如图所示（3）物距和物高一定时，物体经小孔所成的像的高度与像距成正比（4）方便

改变像距像高不方便测量

bl/ca

a

解析：正确分析像距和像高的关系是本题的关键，当第一组数据确定后，看第二组数据、第三组数据、第

四组数据。。。。。。第六组数据的像距是是开始2倍、3倍、4倍oooo°6倍时，对应的像高也近似是开始像高

的2倍、3倍、4倍。。。。。。6倍。这样就得出了物距和物高一定时，物体经小孔所成的像的高度与像距成正

比。

（1）发光二极管在明亮的环境下对比度降低，成像不清楚，实哈时应该在较暗的环境好。

（2）以像距数据为横坐标，对应的物距数据为纵坐标，描点，用平滑的曲线将各个点连接起来。

（3）根据表格数据知道，像的高度随像到小孔的距离增大而增大，目像的高度与像到小孔距离的比值是一

个定值。

（4）左端用半透膜塑料膜做屏，可以在外筒自由推入或者拉出，也就是说可以方便改变像距。但测量高度

不太方便。

［例题2］某同学在“探究凸透镜成像规律”的实验中，绘制了如图所示的图象（v表示像到凸透镜的距离，

u表示物体到凸透镜的距离），用该凸透镜作放大镜使用时，被观察的物体到透镜的距离在—m以内；把

物体从距凸透镜5cm处移动到距凸透镜20cm处的过程中，像的大小将（选填“变大”、“变小”、“先

解析：凸透镜成像的四种情况和应用，以及凸透镜成实像时，物距、像距、像之间的关系，是凸透镜成像

习题的重要依据，一定要熟练掌握。

（1）根据凸透镜成像的几种情况和应用进行判断：u<f,成正立、放大的虚像，应用于放大镜和老花镜。

（2）当物距大于焦距时，凸透镜成实像；凸透镜成实像时，物距增大，像距减小，像变小；凸透镜成需像

时，物距增大，像变大。

由凸透镜成像规律可知，u=v=2f,凸透镜成倒立、等大的实像，由图象可知，u=v=2f=10cm时，所以

f=5cm=0.05m,

用该凸透镜作放大镜使用时，u<f,成正立、放大的虚像，即被观察的物体到透镜的距离在005nl以内；

把物体从距凸透镜5cm处移动到距凸透镜20cm处的过程中，物距增大，像距减小，像变小。

【例题3】小明同学在做“探究3透镜成像现律”的实验，

（1）前面学过，物体离照相机的镜头比较远，成缩小的实像，物体离投影仪的镜头比较近，成放大的实像,

物体离放大镜比较近，成放大、正立的虚像。据此小明据出的问题是，像的虚实、大小，正倒跟有

什么关系？

（2）如图甲，小明让平行光正对凸透镜照射，光屏上出现一个最小最亮的光斑，则凸透镜的焦距f二

（3）小明所用实验装置如图乙所示，若将凸透镇放在光具座刻度50cm位置处不变，把蜡烛放在刻度10cm

处，利用此时凸透镜成像的特点制成的光学仪器是（选填“照相机”、“放大镜”或”投影仪”）

（4）如图闪所示是小明通过实验得到的凸透镜成像时的像距v和物距u关系的图象，由图象可知成实像时

物距逐渐减小，像距逐渐。当u>2f时，物体移动速度（选“大于”、“小于”或“等于”）

像移动的速度，当f<u<2fW，物体移动速度（选填“大于”，“小于”或“等于"）像移动的速度。

答案:（1）物距；（2）10.0;（3）照相机；（4）增大；大于；小于。

解析：（1）根据物体离照相机的矍头比较远，成缩小的实像，物体离投影仪的镜头比较近，成放大的实像,

物体离放大镜比较近，成放大、正立的虚像。据此小明据出的问题是，像的虚实、大小，正倒跟物距有关;

（2）由图中，平行光线经凸透镜后会聚到一点，说明凸透镜对光线具有会聚作用，光屏上得到的最小、最

亮的光斑便是凸透镜的焦点，所以焦距为20.0cm-10.0cm=10.0cm;（3）由于凸透篌的焦距是10cm,当物

体在15cm处时，物距为50cm-10cm=40cm,物距大于二倍焦距，成倒立缩小的实像，这是照相机的原理;

（4）如图丙所示是小明通过实蛤得到的凸透镜成像时的像距v和栅巨u关系的图象，由图象可知成实像时

物距逐渐减小，像距逐渐增大。当u>2f<4,物体移动速度大于像移动的速度，当fVu<2f时，物体移动

速度小于像移动的速度。

5.从图象中获取相关的信息，结合规律解决综合问题。

【例题1】洗碗机是自动清洗、筷、盘、碟等餐具的机器。某型号家用洗碗机工作程序为：首先给水箱水，

当水注满时停止注水并自动加热，水温上