物理图像的分析与应用

通常情况下，对于物理问题的描述和处理，通过两种途径和手段来解决：一是通过数学函数关系式来描述各个物理量之间的关系，它能够准确直接地呈现出两个物理量之间的关系，清晰地展现物理过程，正确地反映物理规律；二是通过图像来直接、客观、简明地呈现物理过程，总结物理规律判断发展趋势。而理解和运用物理图像解题对学生要求更高，它不仅要求学生能根据物理问题的实际情况和所给条件，恰当运用几何图形、函数图像等形式和方法进行分析、表达；而且要求能够从所给图像通过分析找出其所表示的物理内容，用于分析和解决物理问题。所以能否熟练利用图像分析和解决物理问题，能反映学生的逻辑思维能力和物理素养。近年来关于物理图像的分析和应用问题一直受到高考命题专家的青睐，有关图像问题的考查是近几年全国各地高考的重点和热点。我将对如何利用图像解决问题从以下四个方面提出一些建议和指导方法，供大家参考。

一、图像的识别

1.如图所示图像中，给出四条曲线1、2、3、4代表四个不同物体的运动情况，关于它们的物理意义，下列描述正确的是（ ）

A.图线1表示物

解析：在s―t图像和v―t图像中的图线所表示的物体运动的轨迹只能是直线，所以A错；t刻物体3、4的速度相等，D正确。所以正确选项是D。

【方法指导】首先要看清是什么图像，即两坐标轴表示什么，反映哪两个物理量间的关系？其次要从物理意义上去认识图像。由图像的形状应能看出物理过程的特征，特别要关注截距、斜率、图线所围面积、两图线交点等物理图像的斜率代表两个物理量增量的比值，其大小往往代表另一物理量值。如s―t图像的斜率为v，v―t图像的斜率为a、U―I图像的斜率为负载的电阻R等。有些物理图像的图线与横轴所围的面积的值，它常代表另一个物理量的大小。如v－t图中，图线与t轴所夹的面积代表位移，F―s图像中图线与s轴所夹的面积代表功，i―t图像中图线与t轴所夹的面积代表电量，s图像中图线与s轴所夹的面积代表了时间等。在很多情况下，写出物理量的解析式与图像对照，有助于理解图像物理意义。

二、图像的转换

例2.一个质量为2kg的物体静在足够长的水平地面上，物体与水平地面间的动摩擦因数μ=0.1，从t=0开始，物体受到一个周期性变化的水平力F作用，力F随时间的变化规律如图所示，g=10m/列说法正确的是（ ）

A.物体将作单向直线运动

B.4s内物体的位移为零

C.15s内物体的位移是46.5m

D.15s末物体的动能是9J

解析：

根据v―t图可知，此题应选ACD。

【方法指导】有些物理问题，如果直接用题中所给的图像分析问题，不够直观或很难理解。这时，可通过实现图像间的相互转换，变抽象为直观、化隐为显。处理有关图像转换的问题，首先要读懂已知图像表示的物理规律或物理过程，然后再根据所求图像与已知图像的联系，进行图像间的转换。

三、图像的描绘

例3.如图所示，水平转盘可绕竖直中心轴转动，盘上叠放着质量均为1kg的A、B两个物块，B物块用长为0.25m的细线与固定在转盘中心处的力传感器相连，两个物块和传感器的大小均可不计。细线能承受的最大拉力为8N。A、B间的动摩擦因数为0.4，B与转盘间的动摩擦因数为0.1，且可认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力。转盘静止时，细线刚好伸直，传感器的读数为零。当转盘以不同的角速度匀速转动时，传感器上就会显示相应的读数F。试通过计算在坐标系中作出F―图像（作在答题卡上）（g取10m/s【方法指导】图像的描绘实质上是利用物理规律和数学工具对物理过程进行分析和描述，根据题设去作图、运用图像解答问题时应该：①确定横、纵坐标所表示的物理量，分析物理过程结合相应的物理规律作出图像。②运用图像进行表达、分析和推理，找出相应的变化规律，结合相应的数学工具（即方程）求出相应的物理量。本题求解的关键在于寻找物体做圆周运动受力变化的临界状态，然后再写出函数关系式，最后作出F-像。

四、图像的应用

例4.空间有一沿x轴对称分布的电场，其电场强度E随X变化的图像如图所示。下列说法正确的是（ ）

A.O

【解析】可画出电场线，如下沿电场线电势降落（最快），所以O点电势最高，A错误，B错误；根据图知电场强度是变量，可用图像面积表示，所以C正确；两点电场强度大小相等，电势不相等，D错误。

【方法指导】解决此类问题方法是充分认识和利用图中所提供的信息，再联想课本上所讲的熟悉的物理模型来解题，本题解题的关键是根据题意联想课本上典型电场电场线的分布规律，用电场线直观地把x轴上的场强方向和电势的变化反映出来。

物理图像可以处理对象多、过程复杂的一些问题。利用图像法解题，思路清晰，过程简捷。应用图像研究物理问题，有利于培养学生数形结合，形象思维，灵活处理物理问题的能力。运用图像法解题不仅思路清晰，而且可使解题过程简化，收到比解析法更巧妙、更灵活的独特效果，甚至有些运用解析法可能无法解答的问题，运用图像法则可迅速求得结果。

本文为全文原貌 未安装PDF浏览器用户请先下载安装 原版全文