圖像問題在高考中出現頻率極高,許多運動學、動力學問題均可借助運動圖像分析、解決,特别是涉及相對運動的力學問題,用圖像法處理常能收到簡捷、快速求解之效。圖像問題有“七看”和三“會”。
一看“軸”,先看清楚兩軸所代表的物理量,是描述哪兩個物理量之間的關系。
二看“線”,圖線表示研究對象的變化過程和規律,圖線的增減性。
三看“斜率”,斜率表示縱軸物理量随橫軸物理量變化的快慢。
四看“面積”,面積表示縱軸物理量随在橫軸物理量的累積。
五看“截距”,截距一般可以表示初始狀态。
六看“特殊點”,比如交點,拐點,轉折點,零點等一些特殊點。
七看“漸近線”,物理量的變化趨勢和極限。
一會寫函數表達式,二會求斜率,三會求面積。
一、yox圖
yox圖表示物體在xoy平面内的運動軌迹圖,可以描述直線運動,也可以描述曲線運動。
yox圖
二、x-t圖
x-t圖
1.物理意義:位移和時間的函數關系(位移随時間的變化規律),并非軌迹圖。
2.隻能描述直線運動(因為位移x隻有正負兩個方向,而正負方向在同一直線上)。
3.斜率表示速度,斜率為正,表示朝正方向運動。(面積沒有意義)
4.兩x-t圖的交點表示相遇。
例子:甲、乙兩個物體在同一直線上運動,其x−t圖象如圖所示,其中直線b與曲線a相切于點(4s,−15m)。已知甲做勻變速直線運動,下列說法正确的是(AD)
A. 前4 s内兩物體運動方向相同
B. 前4 s内乙的位移大小為44m
C. t=0時刻,甲的速度大小為9 m/s
D. 在t=4s時,甲的速度大小為2m/s
答案解析
三、v-t圖
1.物理意義:速度和時間的函數關系(速度随時間的變化規律)。
2.隻能描述直線運動(因為速度v隻有正負兩個方向,而正負方向在同一直線上)。
3.斜率(導數)表示加速度,斜率為正,表示加速度為正方向(不一定是加速運動)。
4.圖線與t軸圍成的面積表示這段時間内的位移(積分),如果在t軸下面,面積要取負值。上下面積取絕對值之和表示路程。
5.兩v-t圖的交點表示速度相等,兩v-t圖平行表示加速度相等,兩v-t圖面積相等表示相遇(起點相同).
例:一物體運動的速度随時間變化的關系如圖所示,根據圖象可知()
A. 0∼4s内物體一定在做曲線運動
B. 0∼4s内物體的速率一直在減小
C. 物體加速度的方向在2s時發生改變
D. 0∼4s内物體速度變化量的大小為8m/s
解答:
A. v−t圖象隻能表示直線運動的規律,故A錯誤。
B. 0∼4s内物體的速率先減小後增大,故B錯誤。
C. 根據速度圖象的斜率等于物體的加速度,知物體加速度的方向在2s時沒有改變,故C錯誤。
D. 0∼4s内物體速度變化量為△v=v−v0=−3−5=−8m/s,速度變化量的大小為8m/s,故D正确。故選:D。
四、a-t圖
1.物理意義:加速度和時間的函數關系(加速度随時間的變化規律)。
2.可以描述直線運動,也可以描述曲線運動(因為速度方向未知,例如平抛運動)。
3.圖線與t軸圍成的面積表示這段時間内的速度變化量δv(積分),隻有當初速度為0時,面積才是速度,如果在t軸下面,面積要取負值(不一定是減速運動)。
4.縱軸物理量加速度a乘以質量,就變成了ma這個合力物理量了(放縮),因此可以轉化為合力-時間圖了。面積表示合力的沖量了。
例:宇航員的訓練、競技體育的指導、汽車的設計等多種工作都用到急動度(jerk)的概念。加速度對時間的變化率稱為急動度,其方向與加速度的變化方向相同。一質點從靜止開始做直線運動,其加速度随時間的變化關系如圖。下列說法正确的是()
A. t=1s時急動度是0.5m/s3
B. t=3s時的急動度和t=5s時的急動度等大反向
C. 2s−4s内的質點做減速運動
D. 0−6s内質點速度方向不變
解答:A. t=1s時急動度是△a/△t=2−1/2=0.5m/s3.故A正确。
B. 加速度對時間的變化率稱為急動度,等于a−t圖象的斜率。則知t=3s時的急動度和t=5s時的急動度等大同向,故B錯誤。C. 根據a−t圖象與t軸所圍的面積表示速度的變化量,知2s−4s内質點的速度增大,做加速運動,故C錯誤。D. 根據a−t圖象與t軸所圍的面積表示速度的變化量,知0−6s内質點速度的變化量均為正,說明質點速度方向不變,故D正确。故選:AD。
五、x/t-t圖(平均速度-時間圖)
1.物理意義:平均速度和時間的函數關系(平均速度随時間的變化規律)。
2.隻能描述直線運動(平均速度方向就是位移方向)。
3.圖線橫縱坐标乘積(狀态面積,不是過程面積),表示從計時開始到該時刻這段時間内的位移
4.斜率表示a/2.
5.縱軸截距表示初速度(時間趨近零的平均速度就是瞬時速度)
例:汽車在平直公路上勻速行駛,因特殊情況需刹車,其刹車過程的x/t-t圖像如圖所示,下列說法正确的是( )
A.汽車刹車過程做的是勻減速直線運動
B.汽車從開始刹車,經5.0s停下來
C.汽車勻速行駛時的速度為10m/s
D.汽車刹車過程的加速度大小為2.0m/s2
另解:
六、v-x或者v2-x圖
例:小球從一定高度處由靜止下落,與地面碰撞後回到原高度再次下落,重複上述運動,取小球的落地點為原點建立坐标系,豎直向上為正方向,下列速度v和位置x的關系圖象中,能描述該過程的是(A)
也可以用特值法求解。
七、x-t2圖
與前面的那些圖像類似。
八、反比例圖像轉化成正比例圖像
成反比的兩物理量,則其中一個物理量與另一個物理量的倒數成正比,把雙曲線轉化為直線了,更方便分析。
總之,圖像問題很多,練習時要舉一反三,觸類旁通。
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