第7讲  中考物理数形结合及图像专题
数学是物理学的语言和工具,在物理中常采用数学图像方法,把物理图像与物理知识的关系表示出来。物理图像类型虽然复杂,但把握住图像的共性,提高整体认知水平,理解此类题还是有章可循的。中考试题中常见的坐标图像有以下几种:(1)速度-时间图像、路程-时间图像;(2)质量-体积图像;(3)温度-时间图象;(4)凸透镜像距-物距图像;(5)电流与电压、电流与电阻图像。
解题思路:
(1)建立物理情境:
仔细审题,构建物理过程的变化情景。明确已知条件和问题类型。
(2)辨别坐标类型:
观察坐标图中横纵坐标物理量名称,判断出坐标类型。
(3)分析图像中点、线、斜率率等的特点:
观察坐标图像的类型,结合数学函数知识,分析图像的拐点、交叉点、斜率等表示的物理意义。
(4)数形结合分析物理过程:
根据物理知识对变化过程对应的规律进行分析,从问题出发,利用已知条件建立函数关系式,进行解答。
强调:图像问题看标度,数学物理要交互;交点拐点等量点,点线斜率不糊涂;直线曲线分清楚,横纵坐标要同步;物理规律要带入,变化规律看函数。
要点理解:
1、图像中的点:一个点对应着一个物理状态。如图1中点A表示冰在吸热升温过程中的某时刻的温度为-4℃。其中的“拐点”具有特殊的物理意义,他是两种不同情况发生突变的临界点。点B表示,冰将要开始发生熔化现象。点C表示冰的熔化现象结束。
2、图像中的线:图像中的线表示一个特定的物理过程,如图1中的BC段表示冰的整个熔化
过程。吸热而温度保持不变。线的形状表示特定的数学函数关系。图2中的曲线表示凸透镜的像距和物距的关系。
3、斜率:图像的斜率对应着除了坐标轴以外的一个新物理量。斜线的斜率恒定,表示这个物理量大小恒定,曲线表示这个物理量逐渐变化。如图3中甲是直线,表示导体的电阻是定值,乙是曲线,表示导体的电阻随电压变大而变大。
4、截距:出现在两个坐标轴上的截距,具有一定的物理意义。
5、面积:某些物理图像某一区间的图线与坐标轴所围的面积又常表示一个新的物理量的大小。如图4中的阴影部分面积大小等于物体在0-t0时间内所通过的路程。
例1、阅读短文,回答文后问题。
超声波“看”世界
蝙蝠是利用超声波的高手,它长有一双眼睛,视觉很差,被认为是动物界的“盲人”。
为了研究蝙蝠如何在黑暗的夜晚捕食昆虫,17世纪末,意大利科学家将蝙蝠和猫头鹰一起放在完全黑暗的密室里。研究发现,蝙蝠能轻易地分辨方位、躲避障碍物,而猫头鹰会撞上障碍物。后来科学家通过实验发现,如果将蝙蝠的一只耳朵堵住,它就会方向感,不能躲避障碍物。
直到1930年,哈佛大学的一位大学生才利用仪器探测到蝙蝠发出的超声波,从而揭开了蝙蝠捕食之谜。原来,黑暗中飞行的蝙蝠通过鼻腔每秒发射10﹣20次超声波,这种声波可以探察到很小的障碍物,声波遇到障碍物后便会发射,就像我们在大厅里拍手会听到回声一样,蝙蝠根据这种回声的方向和时间,就能了解周围环境,辨别位置和捕食昆虫。
科学家受到回声定位的启发,发明了超声波测速仪。图甲是公路上用超声波测速仪测量车速的示意图,测速仪每隔一定的时间发射一次超声波,显示屏上能显示发出和接收到的超声波
信号。并能读出两个信号的时间差,从而测出被测物体的位置和速度。如果发出的超声波遇不到反射物,显示屏上只显示发出的超声波,如图乙中的p1、p2所示;如果测速仪正前方有一辆汽车,测速仪将接收到汽车反射回来的超声波,p1、p2的反射波n1、n2如图丙所示。
(1)频率高于     Hz的声音叫作超声波,频率低于     Hz的声音叫作次声波;
(2)科学家将蝙蝠和猫头鹰一起放在完全黑暗的密室里,发现蝙蝠能轻易地分辨方位、躲避障碍物。这一过程属于科学探究中的     
A.提出问题  B.猜想假设  C.进行实验  D.得出结论
(3)蝙蝠用来接收反射超声波的器官是     
A.眼睛  B.耳朵  C.鼻子  D.嘴巴
(4)如果图乙和图丙中的p1、p2之间的时间间隔△t=0.5s,则测速仪每秒钟发射___次超声
波,图丙中p1、n1之间的时间间隔t1=0.2s,超声波在空气中传播速度是v=340m/s,可知超声波第一次反射时汽车离测速仪的距离为     m;
汽车测速器
(5)图丙p2、n2之间的时间间隔△t2小于之p1、n1之间间隔△t1,由此可以判断汽车的运动情况是     
A.静止  B.向左运动  C.向右运动  D.无法判断。
例2、甲、乙两车在水平面上同时同地反向做匀速直线运动,它们的s﹣t图象如图所示,当两车运动时间均为6秒时,则(  )
A.甲、乙两车的速度相同        B.甲、乙两车相距0.3米   
C.甲、乙两车相距0.6米        D.甲、乙两车都受平衡力作用
类题训练:某物体作直线运动的s﹣t图象如下左图所示,物体在OA段的速度为v1,物体在OC段的平均速度为v2.下列说法中正确的是(  )
A.在AB段物体处于静止状态                B.v1=2m/s   
C.物体在BC段通过的路程sBC=25m        D.v2=2.5m/s
例3、如上右图所示是某同学在研究凸透镜成像规律时作出的像距r和物距u的关系图象,根据图象可以判断下列说法正确的是(  )
A.该凸透镜的焦距是20cm
B.当u=l8cm时成倒立、缩小的实像
C.当u=8cm时,该凸透镜的成像特点与照相机的工作
D.物距u从15cm增大到30cm的过程中,光屏上成的像逐渐变小
例4、某学生做以下实验:先在一只玻璃水槽中注入一定量的水,后将盛有一些小石子的塑料小船放入水里(如图所示),测得船底到液面的距离为h,再每隔一定时间向水里加食盐并搅动,直至食盐有剩余。问在他所绘制的吃水线至船底距离h随加盐量而变化的图象中(如图所示)正确的是(  )
类题训练:某同学将一漂浮在水面不开口的饮料罐缓慢按入水中,当饮料罐全部浸入在
水中后,继续向下压一段距离,共用时t.此过程中,饮料罐所受的浮力随时间变化的图象可能是下图中的(  )
例5、利用蜡烛、凸透镜、光屏、光具座等器材,可进行“探究凸透镜成像规律”的实验。
(1)实验时,首先在光具座上如图所示放置实验器材,随后对其进行调整,在调节烛焰、凸透镜、光屏三者中心大致在     
(2)当蜡烛位于图中B处时,移动光屏到D处,
观察到光屏上呈现清晰的像,此时像和物大小相等,则该凸透镜焦距为     cm。
(3)把蜡烛移动到A处,屏上的像变得模糊,要使像变清晰,光屏应向     (选填“左”或“右”)适当移动,此时光屏上的像应该是倒立、     的实像。
(4)由于探究时间较长,蜡烛变短后,蜡烛的像在光屏上的位置会向     (选填“上”或“下”)移。
(5)实验中老师采集了不同小组的实验数据进行汇总(学生使用的凸透镜焦距相同),得到了如表所示信息:
序号
物u/cm
焦距f/cm
像的性质
像距v/cm
1
15
f
倒立放大实像
28
2
15
f
倒立放大实像
31
3
15
f
倒立放大实像
30
对表中数据展开分析后,同学们认为有些数据出错了,随后让对应同学再次实验,发现数据
与原数据稍有偏差,请你分析出现这样的情况可能是     。为了能更好的避免出现这类情况,在操作技巧上的建议是     
(6)将透镜及蜡烛、光屏置于光具座上(如图乙),做成像实验,记录每次成实像的物距u,像距v。物像间距L(u+v),绘出图线丙(以f为长度单位),由图可知,要想成实像,蜡烛与光屏的间距应满足L     。经“百度”发现,物理学中,有一个凸透镜成像的“新概念”:放大率n=v/u,结合乙、丙两图,可知当物距u=3f时,n=     
练  习
1、苏通大桥施工时,要向江中沉放大量的施工构件,假设一正方体构件被缓缓吊入江水中(如图甲),在沉入过程中,其下表面到水面的距离h逐渐增大,随着h的增大,正方体构件所受浮力F1和钢绳拉力F2的变化如图乙所示。下列判断正确的是(  )
A.浮力F1随h变化的图线是图乙中的图线
B.构件的边长为4 m   
C.构件所受的最大浮力为1.2×105 N
D.构件的密度为2.5×103kg/m3
2、某班同学在“探究凸透镜成像规律”的实验中,记录并绘制了物体到凸透镜的距离u跟像到凸透镜的距离v之间关系的图象,如下左图所示,下列判断不正确的是(  )