2020年高考復(fù)習(xí)：分類例析全國高考新課標(biāo)卷物理圖像題

分類例析全國高考新課標(biāo)卷物理圖像題摘要：物理圖像問題一直是高考的熱點(diǎn)問題，本文對(duì)近幾年全國高考理綜新課標(biāo)卷物理圖像題進(jìn)行了研究，歸納了解決物理圖像題的基本方法。真題研究在高考復(fù)習(xí)中引領(lǐng)學(xué)生深度反思?xì)w納，發(fā)展物理學(xué)科核心素養(yǎng)。關(guān)鍵詞：高考真題物理圖像高考復(fù)習(xí)核心素養(yǎng)通過對(duì)歷年高考真題的研究，我們發(fā)現(xiàn)高考對(duì)物理圖像題的考查頻率較高。高考命題者還熱衷于追求試題的創(chuàng)新，近幾年全國高考理綜新課標(biāo)卷的物理圖像題的創(chuàng)新點(diǎn)屢見不鮮。物理圖像與物理核心知識(shí)有機(jī)結(jié)合，有效地考查了學(xué)生獲取圖像信息的能力、分析問題和解決問題的能力，這與物理核心素養(yǎng)的要求是相符的。本文以三個(gè)類型的“物理圖像題”為例，對(duì)高考真題進(jìn)行了深入研究，以期對(duì)高考復(fù)習(xí)提供一點(diǎn)啟發(fā)。類型一：基于運(yùn)動(dòng)學(xué)的物理圖像在基于運(yùn)動(dòng)學(xué)的物理圖像題中，試題主要考查核心物理概念，強(qiáng)調(diào)對(duì)物理概念的理解，比如路程、位移、速度和加速度等。以x-t圖像和v-t圖像為例，其?？伎键c(diǎn)如表1所示。表1運(yùn)動(dòng)圖像涉及的考點(diǎn)考點(diǎn)x-t圖像v-t圖像斜率速度加速度交點(diǎn)相遇速度相同圖像下的面積位移[真題1]（2018年高考新課標(biāo)卷III，18題）甲、乙兩車在同一平直公路上同向運(yùn)動(dòng)，甲做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，乙做勻速直線運(yùn)動(dòng)。甲、乙兩車的位置x隨時(shí)間t的變化如圖1所示。下列說法正確的是（）圖1圖1A．在t1時(shí)刻兩車速度相等B．從0到t1時(shí)間內(nèi)，兩車走過的路程相等C．從t1到t2時(shí)間內(nèi)，兩車走過的路程相等D．在t1到t2時(shí)間內(nèi)的某時(shí)刻，兩車速度相等【答案】CD【解析】x-t圖像的斜率代表速度，則在t1時(shí)刻甲車的速度小于乙車的速度；在t1到t2時(shí)間內(nèi)的某時(shí)刻，兩車速度相等。由x-t圖像可知，兩車都在做單向直線運(yùn)動(dòng)，則兩車走過的路程等于位移的大小。又因?yàn)槲灰频扔诔跄┪恢玫淖兓?，所以?到t1時(shí)間內(nèi)，甲車走過的路程小于乙車走過的路程；從t1到t2時(shí)間內(nèi)，兩車走過的路程相等。點(diǎn)評(píng)：根據(jù)路程的定義，首先要分析物體的運(yùn)動(dòng)情況，找到物體的運(yùn)動(dòng)軌跡，此題就能夠順利解決。[真題2]（2018年高考新課標(biāo)卷II，19題）甲、乙兩汽車在同一條平直公路上同向運(yùn)動(dòng)，其速度-時(shí)間圖像分別如圖2中甲、乙兩條曲線所示。已知兩車在t2時(shí)刻并排行駛。下列說法正確的是（）A．兩車在t1時(shí)刻也并排行駛B．在t1時(shí)刻甲車在后，乙車在前C．甲車的加速度大小先增大后減小D．乙車的加速度大小先減小后增大圖2圖2【答案】BD【解析】v-t圖像下面的面積代表位移，則在t1~t2時(shí)間內(nèi)，x甲>x乙。已知兩車在t2時(shí)刻并排行駛，故在t1時(shí)刻甲車在后，乙車在前。v-t圖像的斜率代表加速度，因此兩車的加速度大小都是先減小后增大。點(diǎn)評(píng)：在追及相遇問題中，以同一地點(diǎn)為參考，只要兩物體的位移相同，則兩物體一定相遇。【題源追溯】[真題3]（2016年高考新課標(biāo)卷I，21題）甲、乙兩車在平直公路上同向行駛，其v-t圖像如圖3所示。已知兩車在t=3s時(shí)并排行駛，則（）A．在t=1s時(shí)，甲車在乙車后面B．在t=0時(shí)，甲車在乙車前7.5mC．兩車另一次并排行駛的時(shí)刻是t=2sD．甲、乙車兩次并排行駛的位置之間沿公路方向的距離為40m圖3圖3【答案】BD【解析】v-t圖像下面的面積代表位移，則在1s~3s時(shí)間內(nèi)，x甲=x乙。已知兩車在t=3s時(shí)并排行駛，所以在t=1s時(shí)，兩車第一次并排行駛。通過計(jì)算v-t圖像下面的面積可得，在t=0時(shí)，甲車在乙車前7.5m；甲、乙車兩次并排行駛的位置之間沿公路方向的距離為40m。點(diǎn)評(píng)：此題用排除法較為簡單，從t=3s時(shí)逆著兩車運(yùn)動(dòng)的方向分析，很容易得到正確答案。[真題4]（2019年高考新課標(biāo)卷II，19題）如圖4（a），在跳臺(tái)滑雪比賽中，運(yùn)動(dòng)員在空中滑翔時(shí)身體的姿態(tài)會(huì)影響其下落的速度和滑翔的距離。某運(yùn)動(dòng)員先后兩次從同一跳臺(tái)起跳，每次都從離開跳臺(tái)開始計(jì)時(shí)，用v表示他在豎直方向的速度，其v-t圖像如圖4（b）所示，t1和t2是他落在傾斜雪道上的時(shí)刻。則（）圖4圖4A．第二次滑翔過程中在豎直方向上的位移比第一次的小B．第二次滑翔過程中在水平方向上的位移比第一次的大C．第二次滑翔過程中在豎直方向上的平均加速度比第一次的大D．豎直方向速度大小為v1時(shí)，第二次滑翔在豎直方向上所受阻力比第一次的大【答案】BD【解析】在豎直方向上，設(shè)第一次滑翔的位移為y1，第二次滑翔的位移為y2，由v-t圖像可知，y1<y2。因?yàn)樗椒较蛏系奈灰婆c豎直方向上的位移的比值為常數(shù)，所以第二次滑翔過程中在水平方向上的位移比第一次的大。任一時(shí)刻，設(shè)第一次滑翔的加速度為a1，第二次滑翔的加速度為a2，由v-t圖像可知，a1>a2，所以第一次滑翔過程中在豎直方向上的平均加速度比第二次的大。豎直方向速度大小為v1時(shí)，a1>a2。由牛頓第二定律得mg-f=ma可見，加速度a越大，阻力f越小。所以第二次滑翔在豎直方向上所受阻力比第一次的大。點(diǎn)評(píng)：此題考查的是曲線運(yùn)動(dòng)，但其分運(yùn)動(dòng)是勻變速直線運(yùn)動(dòng)，仍然屬于基于運(yùn)動(dòng)學(xué)的物理圖像題。類型二：基于動(dòng)力學(xué)的物理圖像基于動(dòng)力學(xué)的物理圖像題，旨在將牛頓運(yùn)動(dòng)定律與物理圖像相結(jié)合。根據(jù)物理圖像，首先做好運(yùn)動(dòng)分析，畫出受力分析圖，列出核心方程F合=ma，注意靈活處理矢量的方向問題。[真題5]（2015年高考新課標(biāo)卷I，20題）如圖5（a），一物塊在t=0時(shí)刻滑上一固定斜面，其運(yùn)動(dòng)的ν-t圖線如圖5（b）所示。若重力加速度及圖中的ν0、ν1、t1均為已知量，則可求出（）A．斜面的傾角B．物塊的質(zhì)量C．物塊與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)D．物塊沿斜面向上滑行的最大高度圖5圖5【答案】ACD【解析】物塊沿斜面向上滑行的過程中，對(duì)物塊受力分析如圖6（a）所示。圖6圖6（a）（b）由牛頓第二定律得μN(yùn)+mgsinθ=ma1N=mgcosθ物塊沿斜面向下滑行的過程中，對(duì)物塊受力分析如圖6（b）所示。由牛頓第二定律得mgsinθ-μN(yùn)=ma2N=mgcosθ又由v-t圖像可知，向上滑行的加速度，向下滑行的加速度聯(lián)立方程，求解得斜面的傾角物塊與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)由v-t圖像可知，物塊沿斜面向上滑行的最大位移為，則物塊沿斜面向上滑行的最大高度點(diǎn)評(píng)：在運(yùn)用牛頓第二定律時(shí)，選擇加速度a的方向?yàn)檎较颍湍軘[脫正負(fù)號(hào)的糾纏。利用v-t圖像的斜率表示加速度，就可以求得物體的質(zhì)量及受力情況。[真題6]（2019年高考新課標(biāo)卷III，20題）如圖7（a），物塊和木板疊放在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，物塊用一不可伸長的細(xì)繩與固定在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的力傳感器相連，細(xì)繩水平。t=0時(shí)，木板開始受到水平外力F的作用，在t=4s時(shí)撤去外力。細(xì)繩對(duì)物塊的拉力f隨時(shí)間t變化的關(guān)系如圖7（b）所示，木板的速度v與時(shí)間t的關(guān)系如圖7（c）所示。木板與實(shí)驗(yàn)臺(tái)之間的摩擦可以忽略。重力加速度取g=10m/s2。由題給數(shù)據(jù)可以得出（）圖7圖7A．木板的質(zhì)量為1kgB．2s~4s內(nèi)，力F的大小為0.4NC．0~2s內(nèi)，力F的大小保持不變D．物塊與木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.2【答案】AB【解析】設(shè)木板的質(zhì)量為m，物塊的質(zhì)量為m0，由v-t圖像可知，0~2s，m靜止，F(xiàn)=f，f增大，力F也增大；2s~4s，m做勻加速直線運(yùn)動(dòng)a1=0.2m/s2，由牛頓第二定律得F-f=ma1；4s~5s，m只受摩擦力f，m做勻減速直線運(yùn)動(dòng)a2=0.2m/s2，由牛頓第二定律得f=ma2。解得m=1kg，F(xiàn)=0.4N。物塊受到的滑動(dòng)摩擦力f=μm0g，由于m0未知，所以物塊與木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)無法求出。點(diǎn)評(píng)：對(duì)于多過程問題，我們要分過程考慮。利用“受力分析”這個(gè)法寶，結(jié)合牛頓第二定律就可以解決多過程問題了。類型三：基于能量的物理圖像基于能量的物理圖像題，凸顯對(duì)經(jīng)典物理情景的考查，多數(shù)屬于難度較大的問題。探究時(shí)綜合運(yùn)用畫運(yùn)動(dòng)示意圖、受力分析圖、能量分析等方法，利用功能關(guān)系、能量守恒定律，深刻體會(huì)能量問題的復(fù)雜性。[真題7]（2019年高考新課標(biāo)卷II，18題）從地面豎直向上拋出一物體，其機(jī)械能E總等于動(dòng)能Ek與重力勢能Ep之和。取地面為重力勢能零點(diǎn)，該物體的E總和Ep隨它離開地面的高度h的變化如圖8所示。重力加速度取10m/s2。由圖中數(shù)據(jù)可得（）圖8圖8A．物體的質(zhì)量為2kgB．h=0時(shí)，物體的速率為20m/sC．h=2m時(shí)，物體的動(dòng)能Ek=40JD．從地面至h=4m，物體的動(dòng)能減少100J【答案】AD【解析】機(jī)械能E總=Ek+Ep，由E-h圖像可知h=4m時(shí)，E總=Ep=mgh，所以m=2kg，Ek=0，此處為最高點(diǎn)。h=2m時(shí)，物體的動(dòng)能Ek=E總-Ep=50J。h=0時(shí)，E總=Ek，所以物體的速率v0=10m/s。h=0~4m，動(dòng)能的減少量-ΔEk=Ek1-Ek2=100J。點(diǎn)評(píng)：根據(jù)題意與能量圖像，做好運(yùn)動(dòng)分析、能量分析是解決此類問題的關(guān)鍵。借助能量守恒定律，明確某時(shí)刻或某位置的能量大小。[真題8]（2019年高考新課標(biāo)卷III，17題）從地面豎直向上拋出一物體，物體在運(yùn)動(dòng)過程中除受到重力外，還受到一大小不變、方向始終與運(yùn)動(dòng)方向相反的外力作用。距地面高度h在3m以內(nèi)時(shí)，物體上升、下落過程中動(dòng)能Ek隨h的變化如圖9所示。重力加速度取10m/s2。該物體的質(zhì)量為（）圖9圖9A．2kg B．1.5kg C．1kg D．0.5kg【答案】C【解析】設(shè)物體的初動(dòng)能為Ek0，上升到h=3m處動(dòng)能為Ek1，上升至最高點(diǎn)在返回到h=3m處動(dòng)能為Ek2，返回到地面時(shí)動(dòng)能為Ek3。由Ek-h圖像可知，Ek0=72J，Ek1=36J，Ek2=24J，Ek3=48J。設(shè)外力的大小為F，由動(dòng)能定理得上升過程：-mgh-Fh=Ek1-Ek0下降過程：mgh-Fh=Ek3-Ek2解得：m=1kg點(diǎn)評(píng)：運(yùn)動(dòng)分析、受力分析和能量分析是解決物理問題的三種基本途徑。根據(jù)能量圖像，結(jié)合功能關(guān)系、能量守恒定律，我們就可以解決此類復(fù)雜問題?？偨Y(jié)：通過對(duì)高考真題研究，我們能更好地把握高考動(dòng)向