高考物理二轮复习物理图像问题专题十五物理图像问题课件（53页PPT）

(共53张PPT)
　物理图像问题
专题十五　物理图像问题
[专题复习定位]
该专题主要复习高中物理中涉及的力学中的图像和电学中的图像，掌握图像的物理意义及图像问题的分析技巧和方法，图像信息的提取等。
高考真题再现
命题点1　运动学图像
1．(2025·广东卷，T7)如图所示，光滑水平面上，小球M、N分别在水平恒力F1和F2作用下，由静止开始沿同一直线相向运动，在t1时刻发生正碰后各自反向运动，已知F1和F2始终大小相等、方向相反。从开始运动到碰撞后第1次速度减为0的过程中，两小球速度v随时间t变化的图像，可能正确的是(　　)
√
解析：两小球碰撞前后各自的受力未发生变化，则小球碰撞后的加速度与碰撞前的相同，又vt图像的斜率表示加速度，则碰撞前后小球的vt图线相互平行，B、C错误；
由于F1与F2始终大小相等、方向相反，且两小球均由静止开始沿同一直线相向运动，则由动量定理可知碰撞前后两小球整体的总动量为0，D错误，A可能正确。
2．(2023·广东卷，T3)铯原子喷泉钟是定标“秒”的装置。在喷泉钟的真空系统中，可视为质点的铯原子团在激光的推动下，获得一定的初速度。随后激光关闭，铯原子团仅在重力的作用下做竖直上抛运动，到达最高点后再做一段自由落体运动。取竖直向上为正方向，下列可能表示激光关闭后铯原子团速度v或加速度a随时间t变化的图像是(　　)
√
解析：因铯原子团仅受重力的作用，则加速度g竖直向下，大小恒定，在vt图像中，斜率为加速度，故斜率不变，所以图像应该是一条倾斜的直线，故A、B错误；
因为加速度恒定，且方向竖直向下，故为负值，故C错误，D正确。
命题点2　动力学图像
3．(2025·陕晋青宁卷，T3)某智能物流系统中，质量为20 kg的分拣机器人沿水平直线轨道运动，受到的合力沿轨道方向，合力F随时间t的变化如图所示，则下列图像可能正确的是(　　)
√
4．(2024·安徽卷，T4)倾角为θ的传送带以恒定速率v0顺时针转动。t＝0时在传送带底端无初速度轻放一小物块，如图所示。t0时刻物块运动到传送带中间某位置，速度达到v0。不计空气阻力，则物块从传送带底端运动到顶端的过程中，加速度a、速度v随时间t变化的关系图线可能正确的是(　　)
√
解析：0到t0时间内，物块轻放在传送带上，做加速运动，由受力分析可知，物块受重力、支持力、滑动摩擦力，滑动摩擦力大于重力的下滑分力，合力不变，故物块做匀加速运动；t0之后，当物块速度与传送带相同时，静摩擦力与重力的下滑分力相等，加速度突变为零，物块做匀速直线运动，C正确，A、B、D错误。
5．(2022·广东卷，T3)图是滑雪道的示意图。可视为质点的运动员从斜坡上的M点由静止自由滑下，经过水平NP段后飞入空中，在Q点落地。不计运动员经过N点的机械能损失，不计摩擦力和空气阻力。下列能表示该过程运动员速度大小v或加速度大小a随时间t变化的图像是(　　)
√
解析：根据题述可知，运动员在斜坡上由静止滑下做加速度小于g的匀加速运动，在NP段做匀速直线运动，从P飞出后做平抛运动，加速度大小为g，速度方向时刻改变、大小不均匀增大，所以只有图像C正确。
命题点3　电场中的图像
6．(2024·湖南卷，T5)真空中有电荷量为＋4q和－q的两个点电荷，分别固定在x轴上－1和0处。设无限远处电势为0，x正半轴上各点电势φ随x变化的图像正确的是(　　)
√
命题点4　电磁感应中的图像
7．(多选)(2022·河北卷，T8)如图，两光滑导轨水平放置在竖直向下的匀强磁场中，一根导轨位于x轴上，另一根由ab、bc、cd三段直导轨组成，其中bc段与x轴平行，导轨左端接入一电阻R。导轨上一金属棒MN沿x轴正向以速度v0保持匀速运动，t＝0时刻通过坐标原点O，金属棒始终与x轴垂直。设运动过程中通过电阻的电流为i，金属棒受到安培力的大小为F，金属棒克服安培力做功的功率为P，电阻两端的电压为U，导轨与金属棒接触良好，忽略导轨与金属棒的电阻。下列图像可能正确的是(　　)
√
√
题型分类讲练
题型一　运动学图像
考向1　vt图像和st图像
1．图像意义：在vt图像中，图像上某点的斜率表示对应时刻的加速度，斜率的正负表示加速度的方向。
2．注意：加速度沿正方向不表示物体做加速运动，加速度和速度同向时物体做加速运动。
(2025·广州市白云区一模)一同学将手机放置于手掌上，从静止开始向上做加速直线运动，一小段时间后手掌突然停止不动，用v和s表示手机的速度和位置，不计空气阻力。手机从静止到落回手掌的瞬间，其运动图像一定错误的是(　　)
√
解析：手机离开手之前向上做加速运动，加速度是否恒定未知，故vt图像的斜率不变或者减小均有可能，离开手之后做竖直上抛运动，加速度恒定不变，故离开手之后vt图像斜率不变，由竖直上抛的对称性可知，手机回到手中的瞬间速度与离开手的瞬间速度大小相同，故A、B可能正确，不符合题意；
st图像的斜率为速度，因为手机离开手之前向上加速，速度不断变大，故st图像斜率逐渐变大，故C一定错误，符合题意；
由题意可知，手机经历先向上加速，后向上减速，再向下加速的过程，与题图D可以吻合，故D可能正确，不符合题意。
(2025·清远市模拟)北京时间2024年8月5日，巴黎奥运会游泳男子4×100米混合泳接力决赛中，我国最后一棒运动员在落后法国队运动员0.75 s出发的情况下奋起直追，最后反超获胜，帮助中国队夺得金牌，打破了美国队在该项目长达40年的垄断。根据电视直播数据描绘了两位运动员在比赛最后阶段的运动图像，以下说法正确的是(　　)
A．图中虚线表示我国运动员的运动图像
B．图像反映了两位运动员全程都在减速
C．两位运动员从30 s到32 s间齐头并进
D．两位运动员全程的平均速率可能相等
√
解析：由题图可知，图中虚线用时较短先到达终点赢得比赛，表示我国运动员的运动图像，故A正确；
根据st图像的斜率表示速度结合图像可知，两位运动员有一段过程近乎匀速直线运动，最后冲刺时略有减速，故B错误；
两位运动员从30 s到32 s间速度相同，保持间距不变，并不是齐头并进，故C错误；
考向2　非常规图像
解题关键是找到图像的两个变量所涉及的运动学公式，通过对表达式的变形，利用截距和斜率的关系求解。
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√
题型二　力学中的其他图像
考向1　动力学图像
　 蹦床运动是运动员利用弹性蹦床的反弹在空中表演杂技的竞技运动，如图所示。若t＝0时刻，一运动员在最高点自由下落，直至运动到弹性蹦床最低点的过程中，忽略空气阻力，则运动员的速度v、加速度a随时间t及动能Ek、机械能E随位移x变化的关系图像可能正确的是(　　)
√
解析：在运动员在最高点自由下落，直至运动到弹性蹦床最低点的过程中，运动员开始一段时间只受到重力作用，做自由落体运动；之后受到重力和弹性蹦床的弹力作用，根据牛顿第二定律，有mg－kx＝ma1，弹性蹦床对运动员的弹力逐渐变大，运动员的加速度逐渐减小，所以运动员做加速度减小的加速运动；当弹性床的弹力大于运动员所受的重力之后，合力向上，根据牛顿第二定律可知kx－mg＝ma2，运动员做加速度增大的减速运动，因为速度—时间图像的斜率表示加速度，故A正确。
运动员在弹性蹦床上运动属于简谐运动的一部分，所以运动具有对称性，可知运动员在最低点的加速度大于自由落体加速度，故B错误。
自由下落阶段对运动员有Ek＝mgx，即接触弹性蹦床之前，动能增加量与下落距离成正比，动能—位移图像为倾斜直线；接触弹性蹦床之后到弹力等于所受重力之前，运动员依然做加速运动，所以动能继续增大，图像为向上斜率变小的曲线，之后，当弹力大于所受重力后动能减小，故C错误。
运动员在接触到弹性蹦床之前，机械能守恒，接触弹性床之后，由于弹性蹦床对运动员做负功，所以运动员的机械能减小，故D错误。
(2025·广州市一模)如图，一滑块置于光滑水平面上，两相同轻质弹簧一端固定，另一端与滑块连接。t＝0时两弹簧均处于原长，以此时滑块位置O为原点，向右为正方向，滑块向右的初速度为v0。设滑块位移为x，速度为v，所受合外力为F，运动时间为t。弹簧始终处于弹性限度内，滑块从t＝0时刻到第一次回到O点的过程中，下列图像可能正确的是(　　)
√
解析：对滑块受力分析可以得出，滑块做简谐运动，滑块先做加速度逐渐增大的减速运动，后向反方向做加速度逐渐减小的加速运动，故滑块速度随时间的图像的斜率先逐渐增大，后逐渐减小，根据对称性可知，滑块回到O点时速度大小仍为v0，方向向左，故A正确；
滑块向右运动，速度随位移的增大而减小，当滑块向左运动时，其速度随位移的减小而增大，故B错误；
滑块向右运动，加速度随时间增大而增大，但是合力并不是随时间均匀增大，且合力的方向应该为负，故C错误；
物块运动过程中，合力确实随位移x的增大而均匀增大，即图线是一条倾斜直线，但是合力方向与位移x的方向相反，即位移为正时，合力为负，故D错误。
考向2　功能关系图像
　 如图所示，一轻弹簧左端固定，右端连接一物块，物块置于粗糙的水平面上。开始时弹簧处于原长，现用一恒力F将物块由静止向右拉动直至速度达到最大。在此过程中，关于物块的速度v、物块的动能Ek、弹簧的弹性势能Ep、物块和弹簧的机械能E随时间t或位移x变化的图像，其中可能正确的是(　　)
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解析：根据牛顿第二定律知F－f－kx＝ma，从原长到速度最大的过程中，弹力一直增大，加速度一直减小到0，所以速度增加得越来越缓慢，故A错误；
考向3　动量中的图像问题
　 (多选)一木箱静止于水平地面上，小明用水平拉力F拉木箱，拉力F与时间t的关系图像如图所示，4 s后木箱做匀速直线运动，图中F1、F2、F3已知，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度大小为g。下列说法正确的有(　　)
A．前2 s内，木箱保持静止
B．可求出木箱与地面间的动摩擦因数
C．可求出前6 s内合力的冲量大小
D．可求出前6 s内木箱克服摩擦力做的功
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√
解析：4 s后木箱做匀速直线运动，表明滑动摩擦力大小等于F2，根据图像有F1在Ft图像中，由图线与时间轴所围面积表示冲量可知，根据图像可求出前6 s内拉力F的冲量大小，各时间段内摩擦力的大小也可求出，可知可求出前6 s内合力的冲量大小，C正确；
由于木箱质量不确定，因此不能求出木箱的速度、加速度与位移，即不能求出前6 s内木箱克服摩擦力做的功，D错误。
题型三　电场中的图像
考向1　φx 图像
电场中某点电场强度的大小等于该点φx图线的切线斜率的绝对值，如果图线是曲线，则电场为非匀强电场；如果图线是倾斜的直线，则电场为匀强电场(如图所示)。切线的斜率为零时沿x轴方向电场强度为零。
在某静电场中建立Ox轴，x轴上各点的电势φ随坐标x变化的关系图像如图所示。现将一电荷从x1处沿x轴负方向以一定速度射出，恰好到达坐标原点O，不计电荷所受的重力。下列说法正确的是(　　)
A.从x1到原点O的过程中电荷的电势能逐渐减小
B．从x1到原点O的过程中电荷的加速度先增大后减小
C．从x1到原点O的过程中电荷做匀减速直线运动
D．电荷的电性为正电荷
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解析：由题图可知，从x1到O点的过程中电势降低，电荷从x1处沿x轴负方向以一定速度射出，恰好到达坐标原点O，则电场力做负功，电势能增大，电荷带负电，A、D错误；
因φx图线的斜率表示场强，则从x1到原点O的过程中场强先增加后减小，则电荷受电场力先增加后减小，则电荷的加速度先增大后减小，B正确；
从x1到原点O的过程中电荷所受的电场力不断变化，则加速度不是恒定的，C错误。
考向2　Ex图像(以电场方向沿x 轴正方向为正举例)
1．Ex 图像反映了电场强度随位移变化的规律，E>0 表示电场强度沿x 轴正方向；E<0 表示电场强度沿x 轴负方向。
2．在给定了电场的Ex 图像后，可以由图线确定电场强度、电势的变化情况，Ex 图线与x 轴所围图形“面积”表示电势差，两点的电势高低根据电场方向判定。在与粒子运动相结合的题目中，可进一步确定粒子的电性、动能变化、电势能变化等情况。
如图甲所示，在真空中固定的两个相同点电荷A、B关于x轴对称，它们在x轴上的Ex图像如图乙所示(规定x轴正方向为电场强度的正方向)。若在坐标原点O由静止释放一个正点电荷q，它将沿x轴正方向运动，不计重力，则(　　)
A．A、B带等量正电
B．点电荷q在x1处电势能最大
C．点电荷q在x3处动能最大
D．点电荷q沿x轴正向运动的最远距离为2x2
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解析：由Ex图像可知，在x轴上的P点对应x2点，在P点的左侧电场强度为正值，沿x轴正方向，右侧为负值，可知A、B带等量负电，A错误；
电荷量为q的正点电荷，从O点到P点的过程中，电场力做正功，电势能减少，从P点沿x轴正方向运动，电场力做负功，电势能增加，因此点电荷q在x1处电势能不是最大，可知点电荷q在x2处动能最大，B、C错误；
由对称性可知，点电荷q沿x轴正方向最远能到达O点关于P点的对称点O′点位置，故点电荷q沿x轴正向运动的最远距离为2x2，D正确。
工业生产中有一种叫电子束焊接机的装置，其核心部件由如图所示的高压辐向电场组成。该电场的电场线如图中带箭头的虚线所示。一电子在图中H点从静止开始只在电场力的作用下沿着电场线做直线运动。设电子在该电场中的运动时间为t，位移为x，速度为v，受到的电场力为F，电势能为Ep，运动经过的各点电势为φ，则下列四个图像可能合理的是(　　)
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解析：电子所受的电场力的方向与电场强度方向相反，指向圆心，所以电子向圆心运动，电场强度逐渐增大，根据F＝eE可知，电场力逐渐增大，B错误；
根据ΔEp＝－eEx可知Epx图线的斜率表示电场力，电子向圆心运动，电场强度增大，电势能图线的斜率增大，C错误；
根据Δφ＝EΔx知φx图线的斜率表示E，电子向圆心运动，逆电场线运动电势升高，电场强度增大，电势图线的斜率增大，图线向上弯曲，D正确。
题型四　电磁感应中的图像
1．常见图像
常见的有磁感应强度、磁通量、感应电动势、感应电流、速度、安培力等随时间或位移的变化图像。
2．常用方法
(1)排除法：定性分析电磁感应过程中某个物理量的变化情况，把握三个关注，快速排除错误的选项。这种方法能快速解决问题，但不一定对所有问题都适用。
(2)函数关系法：根据题目所给的条件写出物理量之间的函数关系，再对图像作出判断，这种方法得到的结果准确、详细，但不够简洁。
3．三点关注
(多选)如图所示，两光滑导轨水平放置在竖直向下的匀强磁场中，一根导轨位于x轴上，另一根由ab、bc两段直导轨组成，其中bc段与x轴平行，两导轨相交于原点O左侧的a点，所有导轨单位长度电阻均为r。导轨上一足够长的金属棒MN在外力作用下沿x轴正方向以速度v0做匀速直线运动，金属棒单位长度电阻也为r，t＝0时刻恰好通过坐标原点O，金属棒始终与x轴垂直。设运动过程中通过金属棒的电流为I，金属棒受到安培力的大小为F，导轨间金属棒切割磁感线产生的电动势为E，导轨间金属棒两端的电压为U，导轨与金属棒接触良好，忽略导轨与金属棒连接处的电阻，则下列图像可能正确的是(　　)
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电流I减小，但不是线性减小；根据F＝BIL可知安培力减小，但不是线性减小；电流减小，导体棒电阻不变，则内电压减小，电动势不变，则导轨间金属棒两端的电压变大。综上所述A、C正确，B、D错误。