高中物理运动学、动力学问题的图像法详解赏析

运动学图象问题分析一、学习目标1．掌握s -t 、v -t 图象的特点并理解其意义2．会应用s -t 图象和v -t 图象解决质点运动的有关问题二、概念回顾位移和速度都是时间的函数，因此描述物体运动的规律常用位移-时间图象（s -t 图象）和速度-时间图象（v -t 图象）．一、匀速直线运动的s-t 图象s-t 图象表示运动的位移随时间的变化规律。

匀速直线运动的s-t 图象是一条 。

速度的大小在数值上等于 ，即v ＝ ．二、直线运动的v t −图象1．匀速直线运动的v t −图象（图1）（1）匀速直线运动的v t −图象是与 。

（2）从图象不仅可以看出速度的大小，而且可以求出一段时间内的位移，其位移为 ．2．匀变速直线运动的v t −图象（图2）（1）匀变速直线运动的v t −图象是 ．（2）从图象上可以看出某一时刻瞬时速度的大小．（3）可以根据图象求一段时间内的位移，其位移为 ．（4）还可以根据图象求加速度，其加速度的大小等于 ．即a＝ ， 越大，加速度也越大，反之则越小．三、区分s -t 图象、v t −图象1．如图3为v t −图象，A 描述的是 运动；B 描述的是 运动；C 描述的是 运动。

图中A 、B 的斜率为 （“正”或“负”），表示物体作 运动；C 的斜率为 （“正”或“负”），表示C 作 运动。

A 的加速度（“大于”、“等于”或“小于”）B 的加速度。

图线与横轴t 所围的面积表示物体运动的 。

图1 图2 图32．如图4为s-t 图象，A 描述的是 运动；B 描述的是 运动；C 描述的是 运动。

图中A 、B 的斜率为 （“正”或“负”），表示物体向运动；C 的斜率为 （“正”或“负”），表示C 向 运动。

A 的速度 （“大于”、“等于”或“小于”）B 的速度。

3．如图5所示，是A 、B 两运动物体的s -t 图象，由图象分析：A 图象与S 轴交点表示： ，A 、B 两图象与t 轴交点表示： ， A 、B 两图象交点P 表示： ， A 、B两物体分别作什么运动。

第5讲|谙熟“三看、两法”，破解力学图像三类问题[考法·学法]运动学图像和动力学图像一直是高考的热点，考查角度一般有三个：一是会识图，理解图线、斜率、截距、面积的意义，能根据需要列出函数关系式；二是会作图，依据物理现象、物理过程、物理规律作出图像；三是会用图，能结合物理公式和图像等解决物理问题。

高考中一般考查这三类问题：①应用运动图像分析物体的运动规律②应用动力学图像考查牛顿运动定律③根据物理情景描绘或者选择物理图像用到的思想方法主要有：①图像法②等效法③作图法一、应用运动图像分析物体的运动规律1．“三看”图像(1)看清坐标轴所表示的物理量：是运动学图像(v -t、x -t、a -t)，还是动力学图像(F-a、F-t、F-x)，明确因变量与自变量的制约关系。

(2)看图线本身：识别两个相关量的变化趋势，进而分析具体的物理过程。

(3)看交点、斜率和“面积”：明确图线与图线的交点、图线与坐标轴的交点、图线斜率、图线与坐标轴围成的面积的物理意义。

2．解答图像问题的“两法”(1)公式与图像的转化要作出一个确定的物理图像，需要得到相关的函数关系式。

在把物理量之间的关系式转化为一个图像时，最重要的就是要明确公式中的哪个量是自变量，哪些量是常量，关系式描述的是哪两个物理量之间的函数关系。

(2)图像与情境的转化运用物理图像解题，还需要进一步建立物理图像和物理情境之间的联系，根据物理图像，想象出图像所呈现的物理现象、状态、过程和物理变化的具体情境，因为这些情境中隐含着许多解题条件，这些过程中体现了物理量相互制约的规律，这些状态反映了理论结果是否能与现实相吻合，这些正是“审题”“分析”“审视答案”等解题环节所需要解决的问题。

[全练题点]1.(2018届高三·平顶山联考)设竖直向上为y轴正方向，如图所示曲线为一质点沿y轴运动的位置—时间(y -t)图像，已知图线为一条抛物线，则由图可知()A．t＝0时刻质点速度为0B．0～t1时间内质点向y轴负方向运动C．0～t2时间内质点的速度一直减小D ．t 1～t 3时间内质点相对坐标原点O 的位移先为正后为负解析：选C 在t ＝0时刻y -t 图线斜率不为0，说明t ＝0时刻质点速度不为0,0～t 1时间内质点向y 轴正方向运动，故A 、B 错误。

图像法一、方法简介图像法是根据题意把抽像复杂的物理过程有针对性地表示成物理图像，将物理量间的代数关系转变为几何关系，运用图像直观、形像、简明的特点，来分析解决物理问题，由此达到化难为易、化繁为简的目的．高中物理学习中涉及大量的图像问题，运用图像解题是一种重要的解题方法．在运用图像解题的过程中，如果能分析有关图像所表达的物理意义，抓住图像的斜率、截距、交点、面积、临界点等几个要点，常常就可以方便、简明、快捷地解题．二、典型应用1．把握图像斜率的物理意义在v-t图像中斜率表示物体运动的加速度，在s-t图像中斜率表示物体运动的速度，在U-I图像中斜率表示电学元件的电阻，不同的物理图像斜率的物理意义不同．2．抓住截距的隐含条件图像中图线与纵、横轴的截距是另一个值得关注的地方，常常是题目中的隐含条件．例1 在测电池的电动势和内电阻的实验中，根据得出的一组数据作出U-I 图像，如图所示，由图像得出电池的电动势E=______ V，内电阻r=_______ Ω.例1.【解析】电源的U-I图像是经常碰到的，由图线与纵轴的截距容易得出电动势E=1.5 V，图线与横轴的截距0．6 A是路端电压为0．80伏特时的电流，(学生在这里常犯的错误是把图线与横轴的截距0．6 A当作短路电流，而得出r=E/I=2.5Ω的错误结论．)故电源的内阻为:r=△U/△I=1.2Ω.短3．挖掘交点的潜在含意一般物理图像的交点都有潜在的物理含意，解题中往往又是一个重要的条件，需要我们多加关注．如：两个物体的位移图像的交点表示两个物体“相遇”．例2 A、B两汽车站相距60 km，从A站每隔10 min向B站开出一辆汽车，行驶速度为60 km／h．(1)如果在A站第一辆汽车开出时，B站也有一辆汽车以同样大小的速度开往A站，问B站汽车在行驶途中能遇到几辆从A站开出的汽车?(2)如果B站汽车与A站另一辆汽车同时开出，要使B站汽车在途中遇到从A 站开出的车数最多，那么B站汽车至少应在A站第一辆车开出多长时间后出发(即应与A站第几辆车同时开出)?最多在途中能遇到几辆车?(3)如果B站汽车与A 站汽车不同时开出，那么B站汽车在行驶途中又最多能遇到几辆车?例2.【解析】依题意在同一坐标系中作出分别从A、B站由不同时刻开出的汽车做匀速运动的s一t图像，如图所示．从图中可一目了然地看出：(1)当B站汽车与A站第一辆汽车同时相向开出时，B站汽车的s一t图线CD与A站汽车的s-t图线有6个交点(不包括在t轴上的交点)，这表明B站汽车在途中(不包括在站上)能遇到6辆从A站开出的汽车．(2)要使B站汽车在途中遇到的车最多，它至少应在A站第一辆车开出50 min 后出发，即应与A站第6辆车同时开出此时对应B站汽车的s—t图线MN与A 站汽车的s一t图线共有11个交点(不包括t轴上的交点)，所以B站汽车在途中(不包括在站上)最多能遇到1l辆从A站开出的车．(3)如果B站汽车与A站汽车不同时开出，则B站汽车的s-t图线(如图中的直线PQ)与A站汽车的s-t图线最多可有12个交点，所以B站汽车在途中最多能遇到12辆车．例3 如图是额定电压为100伏的灯泡由实验得到的伏安特曲线，则此灯泡的额定功率为多大?若将规格是“100 v、100 W”的定值电阻与此灯泡串联接在100 v 的电压上，设定值电阻的阻值不随温度而变化，则此灯泡消耗的实际功率为多大?例3.【解析】由图线可知：当U=100 V ， I=0.32 A, P=UI=100×0.32=32 W; 定值电阻的阻值R=100 Ω 由U L +U R =100 V ，得：U L +100I=100 V, I=1100LU 作该方程的图线(如图乙中直线)，它跟原图线的交点的坐标为：I 1=0.29 A ，U L1=7l V ；此交点就是灯泡的工作点，故灯泡消耗的实际功率：P L1=I 1U L1≈20W.4．明确面积的物理意义利用图像的面积所代表的物理意义解题，往往带有一定的综合性，常和斜率的物理意义结合起来，其中v 一t 图像中图线下的面积代表质点运动的位移是最基本也是运用得最多的．例4 在光滑的水平面上有一静止的物体，现以水平恒力甲推这一物体，作用一段时间后，换成相反方向的水平恒力乙推这一物体．当恒力乙作用时间与恒力甲作用时间相同时，物体恰好回到原处，此时物体的动能为32 J ．则在整个过程中，恒力甲做功等于多少?恒力乙做功等于多少?例4. 【解析】这是一道较好的力学综合题，涉及运动、力、功能关系的问题．粗看物理情景并不复杂，但题意直接给的条件不多，只能深挖题中隐含的条件．下图表达出了整个物理过程，可以从牛顿运动定律、运动学、图像等多个角度解出，应用图像方法，简单、直观．作出速度一时间图像(如图a 所示)，位移为速度图线与时间轴所夹的面积，依题意，总位移为零，即△0AE 的面积与△EBC 面积相等，由几何知识可知△ADC 的面积与△ADB 面积相等，故△0AB 的面积与△DCB 面积相等(如图b 所示)．即：12（v 1×2t 0）= 12v 2t 0解得：v 2=2v 1由题意知, 12 mv 22=32J,故 12mv 12=8J,根据动能定理有 W 1=12 mv 12=8J, W 2=12m(v 22-v 12)=24J5．寻找图中的临界条件物理问题常涉及到许多临界状态，其临界条件常反映在图中，寻找图中的临界条件，可以使物理情景变得清晰．例5 从地面上以初速度2v 0竖直上抛一物体A ，相隔△t 时间后又以初速度v 0从地面上竖直上抛另一物体B ，要使A 、B 能在空中相遇，则△t 应满足什么条件?例5.【解析】在同一坐标系中作两物体做竖直上抛运动的s-t图像，如图．要A、B在空中相遇，必须使两者相对于抛出点的位移相等，即要求A、B图线必须相交，据此可从图中很快看出：物体B最早抛出时的临界情形是物体B落地时恰好与A相遇；物体B最迟抛出时的临界情形是物体B抛出时恰好与A相遇．故要使A、B能在空中相遇，△t应满足的条件为：2v0/g<△t<4v/g 通过以上讨论可以看到，图像的内涵丰富，综合性比较强，而表达却非常简明，是物理学习中数、形、意的完美统一，体现着对物理问题的深刻理解．运用图像解题不仅仅是一种解题方法，也是一个感悟物理的简洁美的过程．6．把握图像的物理意义例6 如图所示，一宽40 cm的匀强磁场区域，磁场方向垂直纸面向里．一边长为20 cm的正方形导线框位于纸面内，以垂直于磁场边界的恒定速度v=20 cm ／s通过磁场区域，在运动过程中，线框有一边始终与磁场区域的边界平行．取它刚进入磁场的时刻t=0，在下列图线中，正确反映感应电流随时问变化规律的是( )例6.【解析】可将切割磁感应线的导体等效为电源按闭合电路来考虑，也可以直接用法拉第电磁感应定律按闭合电路来考虑．当导线框部分进入磁场时，有恒定的感应电流，当整体全部进入磁场时，无感应电流，当导线框部分离开磁场时，又能产生相反方向的感应电流．所以应选C．。

匀减速运动 B.在2 s时物体的位移最大
√C.在2～3 s的时间内，物体速度的变化量为－1 m/s
D.在0～4 s的时间内，物体的位移为零
பைடு நூலகம்
例6 如图为研究某动车的运动情况绘制的 tx2－1t 图像.已知该动车运动轨 迹是直线，但是不知该动车是处于加速还是刹车状态，请判定以下说法
合理的是
A.该动车处于匀加速状态
例3 (2022·广东深圳市实验中学月考)如图为一质点做直线运动的v－t图 像，下列说法正确的是
√A.BC段表示质点通过的位移大小为34 m
B.在18～22 s时间内，质点的位移为24 m C.整个过程中，BC段的加速度最大 D.整个过程中，E点所对应的时刻离出发点最远
例4 (多选)甲、乙两物体从同一地点同时开始做直线运动的v－t图像
√
例9 一物体由静止开始沿直线运动，其加速度随时 间变化的规律如图所示.取物体开始运动的方向为正 方向，则下列关于物体运动的v－t图像正确的是
√
一轮复习76练 5.如图所示，是一个质点在0～t0时间内的v－t图像，在这段时间内，质 点沿正方向运动的平均速度大小为v1，沿负方向运动的平均速度大小为 v2，则下列判断正确的是 A.v1>v2
3.v－t图线与t轴所围“面积”表示这段时间内物体的 位移 . t轴上方的“面积”表示位移沿 正方向 ，t轴下方的“面积”表示位移沿 负方向 ，如果上方与下方的“面积”大小相等，说明物体恰好回到出 发点.
方法技巧 提升关键能力
1.无论x－t图像、v－t图像是直线还是曲线，所描述的运动都是直线运 动，图像的形状反映了x与t、v与t的函数关系，而不是物体运动的轨迹. 2.x－t图像中两图线的交点表示两物体相遇，v－t图像中两图线的交点 表示该时刻两物体的速度相等，并非相遇. 3.位置坐标x－y图像则能描述曲线运动，图线交点表示物体均经过该位 置，但不一定相遇，因为不知道时间关系.