圖像法在物理中的應(yīng)用.ppt

1,圖像法在物理中的應(yīng)用,2,1. 圖象概述及 常見的圖線, 2. 圖像的 物理意義； 分子力及共振曲線 電源的輸出功率 例1 3. 圖像的橫、縱軸的物理意義；圖像的斜率、截距、 所圍面積、極值點(diǎn)、起始點(diǎn)的 意義； 光電效應(yīng)方程 閉合電路的U-I 圖象 例2 例3 4.明確圖像描述的函數(shù)關(guān)系；所對(duì)應(yīng)的物理情景；應(yīng)用圖像判 斷出相應(yīng)的 物理過程； 2001年春 例4 例5 例6 5. 根據(jù)運(yùn)動(dòng)過程的分析畫出圖像， 例7 例8 例9 例10 6. 借助圖像解決有關(guān)物理問題。 例11 例12 例13 例14 電熱滅蚊器 例15 例16 2001年高考20 2005年蘇錫常鎮(zhèn)一模12 05年徐州市第二次質(zhì)量檢測(cè)12 例17 練習(xí),圖像法在物理中的應(yīng)用,3,物理圖像不僅可以使抽象的概念直觀形象，動(dòng)態(tài)變化過程清晰，物理量之間的函數(shù)關(guān)系明確，還可以恰當(dāng)?shù)乇硎居谜Z言難以表達(dá)的內(nèi)涵。用圖像法解物理題不但迅速、直觀、還可以避免復(fù)雜的運(yùn)算過程。 圖像法在物理中的應(yīng)用很廣，在圖像的學(xué)習(xí)中 1.要了解 常見的圖線, 2.注意理解圖像的 物理意義； 3.搞清楚橫、縱軸的物理意義；圖像的斜率、截距、 所圍面積、極值點(diǎn)、起始點(diǎn)各有什么 意義； 4.明確圖像描述的是什么函數(shù)關(guān)系；對(duì)應(yīng)的物理情景； 能夠應(yīng)用圖像判斷出相應(yīng)的 物理過程； 5.或者根據(jù)運(yùn)動(dòng)過程的分析畫出圖像， 6.并且借助圖像解決有關(guān)物理問題。,4,常見的圖象,5,斜率 k=T2/L=42 /g,則g=42 L/T2=2 =9.87m/s2,斜率 k=h=6.610-34 Js,截距W= 2.5 10-19 J,截距0=4.0 1014Hz,6,分子力和共振曲線,7,電源的輸出功率,可見電源輸出功率隨外電阻變化的圖線如圖所示，,而當(dāng)內(nèi)外電阻相等時(shí)， 電源的輸出功率最大為,8,例1、從高h(yuǎn)處自由下落的物體,它的機(jī)械能隨高度變化的關(guān)系是圖3中的哪一個(gè)? ( ),D,如圖為一輕質(zhì)彈簧的長度L和彈力f 大小的關(guān)系,試由圖線確定：,(1)彈簧的原長. (2)彈簧的倔強(qiáng)系數(shù). (3)彈簧伸長2.5cm時(shí),彈力的大小.,答: 10cm;,200牛/米;,5牛,9,光電效應(yīng)方程,愛因斯坦 Ekm= h W,作出方程的圖線如圖示：,橫軸入射光子的頻率,縱軸打出光電子的最大初動(dòng)能,橫軸截距極限頻率,縱軸截距的絕對(duì)值逸出功,斜率普朗克恒量,10,閉合電路的U-I 圖象,右圖中a 為電源的U-I 圖象；b 為外電阻的U-I圖象；兩者的交點(diǎn)坐標(biāo)表示該電阻接入電路時(shí)電路的總電流 和路端電壓； 交點(diǎn)和原點(diǎn)之間的矩形的面積表示輸出功率； a 的斜率的絕對(duì)值表示內(nèi)阻大小； b 的斜率的絕對(duì)值表示外電阻的大小；,當(dāng)兩個(gè)斜率相等時(shí)（即內(nèi)、外電阻相等時(shí))圖中矩形面積最大，即輸出功率最大（可以看出當(dāng)時(shí)路端電壓是電動(dòng)勢(shì)的一半，電流是最大電流的一半）。,11,例2、如圖所示的圖線,A是某電源的UI圖線,B是電阻R的UI 圖線,這個(gè)電源的電動(dòng)勢(shì)等于_,內(nèi)電阻等于 ，電阻R的阻值等于 ，用這個(gè)電源和這個(gè)電阻R串聯(lián)成閉合電路，電源輸出的電功率等于_，電源的效率是 。,3.0V,0.50,1.0,虛線和坐標(biāo)軸所包圍的面積等于輸出功率, P出=4W,4.0W,= P出 / P總=4/6=67%,67%,12,例3 、在測(cè)定玻璃磚的折射率的實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)測(cè)得的入射角和折射角的正弦值畫出如圖所示的圖線，已知直線OA與橫軸的夾角，光線是由空氣射入玻璃磚的，由圖可知 （ ） A入射角為1，玻璃磚的折射率為tg B入射角為2，玻璃磚的折射率為tg C入射角為1，玻璃磚的折射率為ctg D入射角為2，玻璃磚的折射率為ctg,C,13,將物體以一定的初速度豎直上拋若不計(jì)空氣阻力，從拋出到落回原地的整個(gè)過程中，下列四個(gè)圖線中正確的是 ( ),2001年春,mgh=mg (v0 t - 1/2 gt2 ),B C,p=mv=m(v0 -gt) ,Ek= Ek0 - mgh,動(dòng)能,14,例4、蹦床有“空中芭蕾”之稱。在2001年11月廣東舉行的第九屆全運(yùn)會(huì)上，蹦床首次被列入正式比賽項(xiàng)目，下列圖中能反映運(yùn)動(dòng)員從高處落到蹦床后又被彈回過程中，加速度隨時(shí)間變化情況的是 （ ）,C,15,例5、 物體在受到與其初速度方向一致的合外力作用下作直線運(yùn)動(dòng)，合外力的大小隨時(shí)間t 的變化情況如圖示，則物體的速度 （ ）,A. 先變大后變小 B. 先變小后變大 C. 一直變小 D. 一直變大,D,練習(xí)、如圖示的四個(gè)圖象中，能夠正確反映一種元素的同位素原子核的質(zhì)量數(shù)M與其中子數(shù)N之間的關(guān)系的是 ( ),B,16,例6、正弦交變電流圖象如圖所示，其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值為_ _ V，當(dāng)線圈轉(zhuǎn)速變?yōu)樵瓉淼?倍時(shí)，所產(chǎn)生交變電動(dòng)勢(shì)的有效值_V周期為 s,50,50,0.056,17,例7、 一輛汽車在起動(dòng)過程中，當(dāng)速度達(dá)到5m/s時(shí)保持功率不變，從此時(shí)起以0.5min鐘時(shí)間內(nèi)行駛了300m，則在這0.5min末，汽車的速度 （ ）,A. 可能等于20 m/s B. 小于15 m/s C. 等于15 m/s D. 大于15 m/s,解：汽車功率保持不變，速度逐漸增大，加速度逐漸減小，畫出汽車的速度圖線，,若為勻變速運(yùn)動(dòng)，如圖虛線示，則 v=15m/s，,可見應(yīng)選B,B,18,例8、 如圖示是甲、乙兩物體從同一地點(diǎn)同一方向運(yùn)動(dòng)的v-t 圖像，其中 t2=2t1，則下列結(jié)論中正確的是 ( ) A. 在t 1 時(shí)刻乙物體在前，甲物體在后 B. 甲的加速度比乙大 C. 在t 1時(shí)刻甲、乙兩物體相遇 D. 在t2 時(shí)刻甲、乙兩物體相遇,B D,19,例9、雨滴從高中由靜止落下，若雨滴下落時(shí)空氣對(duì)其的阻力隨雨滴下落速度的增大而增大，下列圖象可能正確反映雨滴下落運(yùn)動(dòng)情況的是 （ ）,C,20,例10、起重機(jī)提起重物時(shí),重物運(yùn)動(dòng)的v-t 圖線如圖示,請(qǐng)定性作出起重機(jī)的輸入功率隨時(shí)間變化的圖象。,解：0t1內(nèi) F1=m(g+a1),P1= F1v1= F1 a1t,t=t 1 P1= F1 a1t1 mg v,t1t2內(nèi) F2=mg P2= F2 v = mgv,t2t3內(nèi) F3=m(g-a2),P3= F3 v3 =m (g-a2)(v- a2t),t=t2 P2= mgv m (g-a2)v,畫出圖象如圖示,21,例11、如圖是額定電壓為100伏的燈泡由實(shí)驗(yàn)得到的圖線,則此燈泡的額定功率為多大?若將規(guī)格是“100V、100W”的定值電阻與此燈泡串聯(lián)接在100V 的電壓上，設(shè)定值電阻的阻值不隨溫度而變化，則此燈泡消耗的實(shí)際功率為多大？,解: 由圖線可知：當(dāng)U=100V I=0.32A P=UI=1000.32=32W,UL+UR =100V,UL +100I =100V,即I =1.00 - UL /100,作該方程的圖線，,它跟原圖線的交點(diǎn)的坐標(biāo)為 I1 =0.28A UL1 =72V,PL1=I1UL1 =20W,22,例12、如圖示，兩個(gè)光滑斜面的總長度相等、高度也相等，兩小球分別由靜止從頂端下滑，若小球在圖中轉(zhuǎn)折點(diǎn)無能量損耗，則 （ ） A. 兩球同時(shí)落地 B. b球先落地 C. a球先落地 D.無法確定,解：若用公式求解此題很繁瑣，應(yīng)用v-t圖分析較簡(jiǎn)單。,b球下滑的加速度開始大于a球，后來的加速度小于a球.,因?yàn)橄侣涓叨认嗟?，所以最終速度相等；,因?yàn)槁烦滔嗟龋?所以圖線所圍的面積相等。,v-t圖線如圖示：,不難看出， tb ta,所以b球先落地,B,23,例13、 圖1為兩個(gè)不同閉合電路中兩個(gè)不同電源的U-I圖像，下列判斷正確的是 A電動(dòng)勢(shì)E1E2，發(fā)生短路時(shí)的電流 I1 I2 B 電動(dòng)勢(shì)E1=E2，內(nèi)阻 r1r2 C電動(dòng)勢(shì)E1E2，內(nèi)阻 r1 r2 D當(dāng)兩電源的工作電流變化量相同時(shí)，電源2的路 端電壓變化大,解: 容易看出,電動(dòng)勢(shì) E1E2， 發(fā)生短路時(shí)的電流 I1 I2 選A 直線2的斜率大, r2 r1 , B C 錯(cuò),對(duì)選項(xiàng) D，分析如下：,可見D正確,A D,I,U,2,1,24,例14、 一只老鼠從洞口爬出后沿一直線運(yùn)動(dòng),其速度大小與其離開洞口的距離成反比,當(dāng)其到達(dá)距洞口為d 1 的A點(diǎn)時(shí)速度為v 1，若B點(diǎn)離洞口的距離為d 2 (d 2 d 1 )，求老鼠由A 運(yùn)動(dòng)到B 所需的時(shí)間,解：v1=k/d1 k=d1 v1 1/v1= d1 / k,v2=k/d2= d1v1 / d2 1/v2= d2 / d1 v1,作出vd圖線，見圖線，,將vd圖線轉(zhuǎn)化為1/v-d圖線，,取一小段位移d，可看作勻速運(yùn)動(dòng)，,t= d/v= d1/v即為小窄條的面積。,同理可得梯形總面積即 為所求時(shí)間,t =1/2(1/v2+1/v1)(d2-d1) =(d2-d1)2 /2d1v1,25,家用電熱滅蚊器中電熱部分的主要元件是PTC,PTC元件是由鈦酸鋇等半導(dǎo)體材料制成的用電器，其電阻率與溫度的關(guān)系如圖所示，由于這種特性，因此，PTC元件具有發(fā)熱、控溫雙重功能，對(duì)此以下判斷中正確的是 （ ） A. 通電后，其電功率先增大后減小 B. 通電后，其電功率先減小后增大 C. 當(dāng)其產(chǎn)生的熱量與散發(fā)的熱量 相等時(shí)，溫度保持在t1或t2不變 當(dāng)其產(chǎn)生的熱量與散發(fā)的熱量 相等時(shí)，溫度保持在tlt2的某 一值不變.,電熱滅蚊器,A、D,26,例15、 下圖為在溫度為10左右的環(huán)境中工作的某自動(dòng)恒溫箱原理圖,箱內(nèi)的電阻 R1=20k,R2=10k,R3=40k.Rt為熱敏電阻，它的電阻隨溫度變化的曲線如圖乙所示。當(dāng)a、b端電壓Uab0時(shí)，電壓鑒別器會(huì)令開關(guān)接通，恒溫箱內(nèi)的電熱絲發(fā)熱，使箱內(nèi)溫度提高；當(dāng)Uab0時(shí)，電壓監(jiān)別器使K斷開，停止加熱，恒溫箱內(nèi)的溫度恒定在 。,35,27,例16、一質(zhì)量為M=1kg 的小車上固定有一質(zhì)量為m = 0.2 kg ，高 l = 0.05m、電阻 R=100的100匝矩形線圈，一起靜止在光滑水平面上，現(xiàn)有一質(zhì)量為m0 的子彈以v0=110m/s 的水平速度射入小車中，并隨小車線圈一起進(jìn)入一與線圈平面垂直，磁感強(qiáng)度 B=1.0T 的水平勻強(qiáng)磁場(chǎng)中如圖甲所地， 小車運(yùn)動(dòng)過程的vs 圖象如圖乙所示。求： （1）子彈的質(zhì)量m0為 。 （2）圖乙中s =10cm時(shí)線圈中的電流強(qiáng)度I為 。 （3在進(jìn)入過程中通過線圈某一截面的電量為 。 （4）求出線圈小車通過磁場(chǎng)的過程中線圈電阻的發(fā)熱量為 。,28,解：,由圖象可知：進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí) ，v1=10m/s,由動(dòng)量守恒定律m0v0 =(M+m+m0)v1 m0 =0.12kg,由圖象可知：s=10cm v2 =8m/s,E=nBLv2=10010.058=40V I=E/R=0.4A,由圖象可知：線圈寬度為 d=10cm,q=I t=n /R=10010.10.05/100=510-3 C,由圖象可知：出磁場(chǎng)時(shí) ，vt=2m/s,Q=1/2(M+m+m0)(v12 vt2)=1/21.32(100-4)=63.4J,思考：為什么v-s圖象是三段折線？,參見課件能量轉(zhuǎn)化和守恒定律例4 的備注。,29,如圖示，一對(duì)平行光滑軌道放置在水平面上，兩軌道間距 l=0.20m，電阻R=1.0，有一導(dǎo)體桿靜止地放在軌道上，與兩軌道垂直，桿及軌道的電阻皆可忽略不計(jì)，整個(gè)裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.50T 的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直軌道面向下，現(xiàn)用一外力F 沿軌道方向拉桿，使之做勻加速運(yùn)動(dòng)，測(cè)得力F與時(shí)間t 的關(guān)系如圖示，求桿的質(zhì)量m 和加速度a .,2001年高考/20,30,解：,導(dǎo)體桿在軌道上做勻加速運(yùn)動(dòng)，則有 v=at,桿切割磁感應(yīng)線，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) E=BLv,回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流 I=E/R=BLv/R,桿受到安培力為 f = BIL=B2 L2v/R,根據(jù)牛頓第二定律 F - f =ma,聯(lián)立解以上各式 得 F=ma+ B2 L2at / R,由圖線上取兩點(diǎn)： t=0 F=1N t=30s F=4N,代入上式 ma=1 4=ma+0.0130a,解得 a=10m/s2 m=0.1kg,31,05年蘇錫常鎮(zhèn)一模12,(1)實(shí)驗(yàn)室備有的定值電阻R0有以下幾種規(guī)格: 10 , 2.5W B. 100 , 1.0W C. 200 ,1.0W D. 2000, 5.0W 本實(shí)驗(yàn)應(yīng)選哪一種規(guī)格? 答: ( ),現(xiàn)有一種特殊的電池,它的電動(dòng)勢(shì)為E,約為9V,內(nèi)阻約為50,已知該電池允許輸出的最大電流為50mA,為了測(cè)定這個(gè)電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻,某同學(xué)利用如圖(a)所示的電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn),圖中電壓表的內(nèi)阻很大,對(duì)電路的影響可不考慮,R為電阻箱,阻值范圍0-9999 ,R0是定值電阻,起保護(hù)電路的作用,C,32,(2)該同學(xué)接入符合要求的R0后,閉合開關(guān)S,調(diào)整電阻箱的阻值,讀取電壓表的示數(shù)U,再改變電阻箱的阻值,取得多組數(shù)據(jù),作出了如圖(b)所示的圖線,(已知該直線的截距為0.1V-1 ),則根據(jù)該同學(xué)所作出的圖線,可求得電池的電動(dòng)勢(shì)E為 V,內(nèi)阻r為 .,解:由閉合電路歐姆定律得,化簡(jiǎn)得,可見圖線的截距為1/E,E=10V,圖線的斜率為,r/E=(0.65-0.1)/0.12=4.6,r=46 ,10V,46,注：原題圖中數(shù)據(jù)有問題。,33,某同學(xué)在實(shí)驗(yàn)室先后完成下面二個(gè)實(shí)驗(yàn)： 測(cè)定一節(jié)干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻； 描繪小燈泡的伏安特性曲線 (1)用實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到數(shù)據(jù)作出U一I圖線如圖中a線, 實(shí)驗(yàn)所測(cè)干電池的 電動(dòng)勢(shì)為 V, 內(nèi)電阻為 .,05年徐州市第二次質(zhì)量檢測(cè)12、,1.50,0.75,34,(2)在描繪小燈泡伏安特性曲線的實(shí)驗(yàn)中,為減小實(shí)驗(yàn)誤差,方便調(diào)節(jié),請(qǐng)?jiān)诮o定的四個(gè)電路圖和三個(gè)滑動(dòng)變阻器中選取適當(dāng)?shù)碾娐坊蚱鞑?并將它們的編號(hào)填在橫線上.應(yīng)選取的電路是 ,滑動(dòng)變阻器應(yīng)選取 E總阻值15，最大允許電流2A的滑動(dòng)變阻器 F總阻值200，最大允許電流2A的滑動(dòng)變阻器 G總阻值1000，最大允許電流1A的滑動(dòng)變阻器,C,E,35,(3)將實(shí)驗(yàn)中得到的數(shù)據(jù)在實(shí)驗(yàn)中同一U-I坐標(biāo)系內(nèi)描點(diǎn)作圖，得到如圖所示的圖線b，如果將實(shí)驗(yàn)中的電池與實(shí)驗(yàn)中的小燈泡組成閉合回路，此時(shí)小燈泡的實(shí)際功率為 ， 若將兩節(jié)與實(shí)驗(yàn)中相同的干電池串聯(lián)后與該小 燈泡組成閉合回路， 則此時(shí)小燈泡的 電壓為 ， 實(shí)際功率為 .,P1=0.601.20=0.72W,0.720.02W,畫出這時(shí)的U-I圖線如圖c示,0.850.88V,P2=0.881.40=1.23W,1.21.3W,36,例17、將一個(gè)力電傳感器接到計(jì)算機(jī)上，就可以測(cè)量快速變化的力，用這種方法測(cè)得的某單擺擺動(dòng)時(shí)懸線上拉力F的大小隨時(shí)間t 變化的曲線如圖示，某同學(xué)根據(jù)此圖提供的信息做出了以下判斷，其中正確的是 ( ) A. 擺球擺動(dòng)的周期T=1.4s B. t=0.2s時(shí)，擺球正經(jīng)過最低點(diǎn) C. t=1.1s時(shí)，擺球正經(jīng)過最低點(diǎn) D. 擺球在擺動(dòng)過程中機(jī)械能