3.1圖像分析題【講】（解析版）

2024年中考物理核心素養(yǎng)提升3.1物理圖像的分析【解法綜述】初中物理所涉及的圖像很多，比如路程與時(shí)間圖像（s-t圖像）、伏安曲線（U-I圖像）、晶體熔化圖像等等，還有比較復(fù)雜的，如運(yùn)動(dòng)中物體所受力與速度、時(shí)間的關(guān)系圖像，電功率與電流、電壓的關(guān)系圖像等等。不管哪種圖像，都是建立在直角坐標(biāo)系里的。我們首先要弄清楚坐標(biāo)系的橫、縱坐標(biāo)所表示的是什么物理量，單位是什么，思考由這兩個(gè)物理量所決定的圖像反映的是一個(gè)什么樣的新物理量或者一個(gè)什么物理過(guò)程，明確其圖像的物理含義。其次，找出圖像的三個(gè)重要坐標(biāo)：起點(diǎn)、終點(diǎn)、拐點(diǎn)（圖像走勢(shì)發(fā)生變化的起始點(diǎn)），分析清楚這三個(gè)點(diǎn)所表示的特定含義。其三，結(jié)合題設(shè)和物理規(guī)律，分析這些物理量的內(nèi)在數(shù)量關(guān)系，可以用什么樣的物理公式將它們表示出來(lái)（即尋找數(shù)學(xué)上的圖像所對(duì)應(yīng)的解析式），有了解析式（物理公式），就可以定量分析，求解了。對(duì)于電路圖的分析，第一步是判斷電路的連接方式?？梢圆捎谩昂?jiǎn)化法”：將電流表看成是導(dǎo)線，將電壓表忽略。再來(lái)觀察電流有幾條通路，若只有一條則是串聯(lián)；若有兩條或兩條以上則是并聯(lián)；若果由一些串聯(lián)之后，再與其它的并聯(lián)，或者并聯(lián)中某支路有串聯(lián)，則是混聯(lián)。第二步：觀察電流表和電壓表：電流表與哪些串聯(lián)在一起，就是測(cè)的那些的電流；電壓表并聯(lián)在誰(shuí)個(gè)用電器的兩端，則測(cè)的就是誰(shuí)個(gè)的電壓?！局锌碱}賞析】【例1】【2023達(dá)州】如圖所示，A、B兩個(gè)粗糙程度相同的物體以甲、乙兩種不同的方式疊放在同一水平地面上，分別用水平方向的拉力F甲和F乙使AB一起向右運(yùn)動(dòng)，甲運(yùn)動(dòng)的s-t圖像和乙運(yùn)動(dòng)的v-t圖像分別如圖丙、丁所示，已知F甲=10N，下列說(shuō)法正確的是（）A.F甲<F乙B.甲、乙兩圖中AB之間的摩擦力均為10NC.拉力F甲與拉力F乙的功率相等D.甲、乙兩圖中地面受到摩擦力相等【分析與解答】AD.甲圖中AB一起運(yùn)動(dòng)，B與地面接觸，地面受到的壓力等于AB的重力之和。它所對(duì)應(yīng)的圖像是丙，分析丙圖像：橫坐標(biāo)表示時(shí)間，單位是秒；縱坐標(biāo)表示的是路程，單位是米，圖像是一條過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的直線。這是一個(gè)典型的s-t圖像，圖像是過(guò)原點(diǎn)的一條直線，表示物體做勻速直線運(yùn)動(dòng)。結(jié)合甲圖，可以分析得出：甲圖中，F(xiàn)甲拉著AB一起在做勻速直線運(yùn)動(dòng)，速度是V甲=s甲t甲=乙圖中，AB一起運(yùn)動(dòng)，A與地面接觸，對(duì)地面的壓力為AB重力之和。乙所對(duì)應(yīng)的是丁圖，分析丁圖像：橫坐標(biāo)表示時(shí)間，單位是秒；縱坐標(biāo)表示的是速度，單位是米/秒，圖像是一條平行于時(shí)間軸的直線，這是一個(gè)典型的v-t圖像，表示物體做勻速直線運(yùn)動(dòng)。圖像的起點(diǎn)坐標(biāo)為（0,6），它表示的是物體做勻速直線運(yùn)動(dòng)的速度為6m/s。結(jié)合乙圖，可以分析得出：乙圖中，F(xiàn)乙拉著AB一起在做勻速直線運(yùn)動(dòng)，速度是V乙=6m/s。因?yàn)锳B的接觸面粗糙程度一樣，對(duì)地面的壓力也一樣（等于AB自身重力之和），所以與地面之間的摩擦力相等，即f乙=f甲=10N。所以A錯(cuò)，D正確。B.甲圖中，AB一起向右做勻速直線運(yùn)動(dòng)，AB之間沒(méi)有發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，也沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，所以AB之間沒(méi)有摩擦力產(chǎn)生，即f甲A=0N。乙圖中，B向右做勻速直線運(yùn)動(dòng)，受到的摩擦力等于拉力10N，因?yàn)槲矬w間力的作用是相互的，所以A受到的摩擦力也為10N，即f乙A=10N。B錯(cuò)。C.由P=Fv可知：因?yàn)镕=F甲=F乙=10N，V甲=3m/s,V乙=6m/s，所以P甲≠P乙，C錯(cuò)?！敬鸢浮緿【例2】【2023南充】在綜合實(shí)踐活動(dòng)課上，小龍同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖甲所示的模擬調(diào)光燈電路。電源電壓恒定，R1為定值電阻。閉合開(kāi)關(guān)S后，將滑動(dòng)變阻器R2的滑片P由最右端向左移動(dòng)，直至燈泡L正常發(fā)光。此過(guò)程中，電流表A的示數(shù)隨兩電壓表V1、V2（電壓表V2未畫出）示數(shù)變化關(guān)系圖像如圖乙所示。小燈泡正常發(fā)光時(shí)的電阻為_(kāi)________Ω；若R2的滑片可任意滑動(dòng)，為了保證燈泡的安全，電路中至少再串聯(lián)一個(gè)________Ω的電阻?！痉治雠c解答】首先讀懂電路圖甲：燈、定值電阻R1、滑動(dòng)變阻器R2串聯(lián)，伏特表V1測(cè)燈的電壓，V2所測(cè)用電器未知，電流表測(cè)電路中的電流。再分析乙圖像：橫坐標(biāo)表示電壓，單位：V；縱坐標(biāo)表示電流，單位：A。圖像有兩條。其中一條是電流表示數(shù)與V1的關(guān)系，另一條是電流表與V2的關(guān)系。這兩條圖線都是曲線。由于R1為定值電阻，電流與電壓成正比，則電流與電壓的圖像是正比例函數(shù)圖像，所以圖乙中①②圖像是燈泡和滑動(dòng)變阻器的圖像。將滑動(dòng)變阻器R2的滑片P由最右端向左移動(dòng)，則滑動(dòng)變阻器的阻值減小，由串聯(lián)分壓可知，滑動(dòng)變阻器的電壓逐漸減小，燈泡兩端電壓逐漸增大，所以①為燈泡的圖像，②為滑動(dòng)變阻器的圖像?；瑒?dòng)滑片P，直至燈泡L正常發(fā)光，由①可知，燈泡電壓增大至2.5V時(shí)，燈泡正常發(fā)光，所以小燈泡正常發(fā)光時(shí)的電壓為2.5V，由圖像①可知，燈泡正常發(fā)光時(shí)的電流為0.5A，小燈泡正常發(fā)光時(shí)的電阻：RL=ULRL=2.5V由于電源電壓不變，所以滑動(dòng)變阻器R2的滑片P在最右端時(shí)，由乙圖中數(shù)據(jù)可知，電源電壓：=1\*GB3①U=UL+UR1+U滑=0.5V+0.2A×R1+3.5V；滑動(dòng)變阻器R2的滑片P滑至燈泡正常發(fā)光時(shí)，由乙圖中數(shù)據(jù)可知，電源電壓：=2\*GB3②U=UL′+UR1′+U滑′=2.5V+0.5A×R1+0.75V。聯(lián)合=1\*GB3①=2\*GB3②解得：R1=2.5Ω，U=4.5V。若R2的滑片可任意滑動(dòng)，則滑動(dòng)變阻器R2的滑片P滑至最左端時(shí)，滑動(dòng)變阻器R2的阻值為0，燈泡正常發(fā)光的電流為0.5A，則需要串聯(lián)一個(gè)電阻：R串=R總-R1-RL=UI-R1-RL=4.5V0.5A-2.5Ω-5Ω=1.5【答案】51.5【中考真題精選精練】1.【2023遂寧】小劉應(yīng)用圖甲所示器材進(jìn)行如下探究：升降臺(tái)AB上放置輕質(zhì)薄壁柱形容器，容器底面積為200cm2，內(nèi)裝15cm深的水；將彈簧上端固定在力傳感器上，下端懸掛重20N、高20cm、橫截面積為50cm2的長(zhǎng)方體石塊，石塊下表面剛好與水面接觸；已知彈簧伸長(zhǎng)量ΔL與受到的拉力F的關(guān)系如圖乙所示。將升降臺(tái)AB緩慢升高（全過(guò)程水不會(huì)溢出），當(dāng)傳感器顯示拉力為12N時(shí)（不計(jì)彈簧自重），與升降臺(tái)升高前相比，容器底部受到的壓強(qiáng)變化了Pa。升降臺(tái)AB升高的高度為cm。（ρ水＝1×103kg/m3，g＝10N/kg）【答案】40020【解析】如乙圖所示：橫坐標(biāo)表示力，單位：N；縱坐標(biāo)表示彈簧伸長(zhǎng)量ΔL，單位：cm。圖像是一條過(guò)原點(diǎn)的直線，說(shuō)明該彈簧的伸長(zhǎng)與所受拉力成正比，在其彈性范圍內(nèi)。由乙圖像可知：升降臺(tái)AB緩慢升高，當(dāng)傳感器顯示拉力為12N時(shí)，彈簧伸長(zhǎng)量為12cm，此時(shí)石塊受到的浮力為F浮=G-F拉=20N-12N=8N，根據(jù)阿基米德原理可知，排開(kāi)水的體積為：V排=F浮ρ水g=8N1.0×103kg/m3×10N/kg=8×10-4m3。因?yàn)槿^(guò)程水不會(huì)溢出，則容器中水上升的高度為：Δh=V排S容器=由題意可知：石塊浸入在水中部分的高度為：h石=V排S石=8×10?4m350×10h1=20cm+20cm+15cm=55cm，升降臺(tái)上升后力傳感器到容器底的距離為：h2=12cm+20cm+3cm=35cm，則升降臺(tái)AB升高的高度為hAB=h1-h2=55cm-35cm=20cm。2.【2023廣州】小明自制的“溫度計(jì)”中有密度隨溫度升高而變小的液體。如圖1，當(dāng)該液體溫度為19℃時(shí)，質(zhì)量為4×10-3kg的小球b懸浮，b標(biāo)記“19℃”；另外兩個(gè)小球分別標(biāo)記“15℃”“23℃”，當(dāng)小球懸浮時(shí)，它標(biāo)記的溫度與液體溫度相等。圖1、圖2、圖3中小球a、b、c均靜止，忽略小球體積變化，g取10N/kg。（1）圖1中b懸浮。①在方框中畫出b的受力示意圖（用“·”表示b）；②求此時(shí)b受到的浮力；③此時(shí)液體密度為0.8×103kg/m3，求b排開(kāi)液體的體積。（2）圖2中b漂浮。①此時(shí)b所受浮力___________圖1中b所受浮力（選填“大于”“等于”“小于”）；②此時(shí)液體溫度___________19℃（選填“高于”“等于”“低于”）；③小球c對(duì)應(yīng)標(biāo)記___________（選填“15℃”“23℃”）。（3）圖3中液體溫度的范圍可能是___________。A.14℃以下B.16℃~18℃C.20℃~22℃D.24℃以上（4）液體溫度在15℃~23℃范圍內(nèi)，b在液體中靜止時(shí)所受浮力與液體溫度關(guān)系的圖像可能正確的是（b不接觸其他小球）___________。A.B.C.D.【答案】（1）①②0.04N③5×10-6m3（2）①等于②低于③15℃（3）D（4）C【解析】（1）①②：已知圖1中b懸浮，處于靜止?fàn)顟B(tài)，豎直方向受到的重力和浮力是一對(duì)平衡力，大小相等，方向相反，即F浮=Gb=mg=4×10-3kg×10N/kg=0.04N。受力示意圖如答案圖所示。③由阿基米德原理可知，b排開(kāi)液體的體積為：V排=F浮ρ液g=0.04N0.8×103（2）①圖2中b漂浮，處于靜止?fàn)顟B(tài)，豎直方向受到的重力與浮力是一對(duì)平衡力，大小相等，即：F浮′=Gb=0.04N,此時(shí)b所受浮力等于圖1中b所受浮力。②圖2中b漂浮，圖1中b懸浮，則圖2中b排開(kāi)液體的體積比圖1中小，由于浮力相同，由F浮=ρ液gV排可知，圖2中液體密度比圖1中大，由于液體密度隨溫度升高而變小，圖1中液體溫度為19℃時(shí)，所以此時(shí)液體溫度低于19℃。③由上述分析可知，圖2中溫度低于19℃，所以小球c標(biāo)記的溫度為15℃。（3）圖3中小球a、b、c都沉底，其中溫度最高的小球標(biāo)有23℃，當(dāng)此小球懸浮時(shí)，此時(shí)液體溫度為23℃，由于此小球沉底，浮力與懸浮時(shí)相比要小，由F浮=ρ液gV排可知，此時(shí)液體密度比懸浮時(shí)的小，由于液體密度隨溫度升高而變小，所以此時(shí)液體溫度大于23℃，D正確。（4）當(dāng)物體b漂浮時(shí)，此時(shí)浮力等于物體b重力，液體密度大于物體b密度，此時(shí)液體溫度最低為15℃，當(dāng)物體b懸浮時(shí)，此時(shí)浮力等于物體b重力，液體密度等于物體b密度，此時(shí)液體溫度為19℃，當(dāng)物體b沉底時(shí)，浮力小于物體b重力，液體密度小于物體b密度，此時(shí)液體溫度最高，為23℃，所以浮力先不變后變小。分析提供的圖像：橫坐標(biāo)表示溫度，單位：℃；縱坐標(biāo)表示浮力F，單位：N。A.圖像反映的是浮力隨溫度升高，一直減小，不符合；B.圖像反映出的是浮力先隨溫度升高減小，再不變，不符合；C.圖像反映出浮力先隨溫度升高不變，再隨溫度升高變小，符合分析；D.與B相反，不符合。C正確。3.【2023常德】如圖是兩燈電流隨電壓變化的圖像，兩燈額定電壓均為6V。若將兩燈并聯(lián)后接入電路，則干路電流最大為_(kāi)_______A；若將兩燈串聯(lián)后接入電路，在保證電路安全的情況下，電源電壓最大為_(kāi)____V。【答案】1.58【解析】?jī)蔁舨⒙?lián)后，電源電壓最大等于燈的額定電壓即為6V，由圖像可知甲燈和乙燈正常工作時(shí)的電流值分別為1.0A、0.5A，根據(jù)并聯(lián)電路電流的特點(diǎn)得：干路電流最大值為：I=I甲+I乙=1.0A+0.5A=1.5A。兩燈串聯(lián)后，由圖像可知：甲燈和乙燈正常工作時(shí)的電流值分別為1.0A、0.5A，所以在保證電路安全的情況下，電路中的最大電流為I乙=0.5A，根據(jù)串聯(lián)電路電流的特點(diǎn)得I甲=0.5A，再由圖像可知，U甲=2V，U乙=6V，由串聯(lián)電路電壓的特點(diǎn)得：U=U甲+U乙=2V+6V=8V。4.【2023達(dá)州】如圖甲所示，電源電壓恒為6V，閉合開(kāi)關(guān)，當(dāng)滑動(dòng)變阻器滑片位于最右端時(shí)，電流表A的讀數(shù)為0.1A；當(dāng)滑片位于中點(diǎn)時(shí)，電流表A的讀數(shù)為0.16A；則定值電阻R0的阻值為_(kāi)____Ω，滑動(dòng)變阻器R的最大阻值為_(kāi)____Ω；如果用某小燈泡替換滑動(dòng)變阻器接入該電路，此時(shí)小燈泡兩端的電壓是3V，小燈泡的U-I圖像如圖乙所示，再次閉合開(kāi)關(guān)后，此時(shí)電路消耗的功率為_(kāi)_____W。【答案】15451.2【解析】由甲圖可知：電路由定值電阻R0和滑動(dòng)變阻器R串聯(lián)組成，電流表測(cè)電路中的電流。閉合開(kāi)關(guān)，當(dāng)滑動(dòng)變阻器滑片位于最右端時(shí)，R接入電路中的電阻最大，此時(shí)電流表示數(shù)為I最小=0.1A，所以=1\*GB3①R最大=UI最小=6V0.1A=60Ω=R0+R滑最大。當(dāng)滑片位于中點(diǎn)時(shí)，R滑=R滑最大2，此時(shí)電流I=0.16A，則有=2\*GB3②R總=R0+R滑最大2=UI6V0.16A=37.5Ω。由=1\*GB3①=2\*GB3②解得：R0=15Ω；R滑最大=45Ω。如果用某小燈泡替換滑動(dòng)變阻器接入該電路，由乙圖可知：當(dāng)燈兩端的電壓為3V時(shí)，電路中的電流為I′=0.2A。此時(shí)U0=I′R0=0.2A×15Ω=3V,U=U0+U燈=3V+3V=6V,符合題設(shè)。所以再次閉合開(kāi)關(guān)后，此時(shí)電路消耗的功率P=UI′=6V×0.2A=1.2W。5.【2023宜賓】已知小燈泡L的額定電壓為2.5V，通過(guò)燈絲的電流與其兩端的電壓關(guān)系如圖所示，則燈泡正常發(fā)光時(shí)的電阻為Ω。把此燈泡與15Ω的定值電阻并聯(lián)在電源電壓為1.5V的電路中，則并聯(lián)電路的總電流是A?！敬鸢浮?00.3【解析】由圖可知，小燈泡L的電壓達(dá)到額定電壓2.5V時(shí)，通過(guò)燈泡的電流為0.25A，則燈泡正常發(fā)光時(shí)的電阻：RL=U額I=2.5V0.25A把此燈泡與15Ω的定值電阻并聯(lián)在電源電壓為1.5V的電路中，由于并聯(lián)電路中，各支路電壓等于電源電壓，則定值電阻和燈泡兩端電壓都為1.5V，通過(guò)定值電阻的電流：I1=UR=1.5V15Ω=0.1A，由圖像可知：燈泡兩端電壓為1.5V時(shí)，通過(guò)燈泡的電流為0.2A，由于并聯(lián)電路中，干路電流等于各支路電流之和，則并聯(lián)電路的總電流I總=I1+IL6.【2023廣州】把一個(gè)某種類型的電阻R接在電壓恒為12V的電源兩端，通電后，同時(shí)記錄R的溫度一時(shí)間圖線、流過(guò)R的電流一時(shí)間圖線如圖所示；（1）根據(jù)圖線，R的溫度為50時(shí)，流過(guò)R的電流為_(kāi)_______A；（2）求在30s時(shí)R的阻值和電功率；（3）30s~40s，R產(chǎn)生的熱量為Q1；90s~100s，R產(chǎn)生的熱量為Q2，Q1_______Q2（選填“>”“=”“<”），寫出判斷依據(jù)：___________?！敬鸢浮浚?）0.08（2）1500.96（3）>電壓一定，在90s-100s階段的電流小于30s-40s的電流

【解析】（1）由上圖可知R的溫度為50℃時(shí)，對(duì)應(yīng)的時(shí)間是40s，再根據(jù)下圖可知在40s時(shí)，對(duì)應(yīng)的電流為0.08A。（2）30s時(shí)電流為0.08A，電壓為12V，根據(jù)歐姆定律可得電阻為：R=UI=12V0.08A=150Ω。P=UI=12V×0.08A=0.96W。（3）30s~40s，R產(chǎn)生的熱量為：Q1=UI1t=12V×0.08A×10s=9.6J；90s~100s，R產(chǎn)生的熱量為：Q2=UI2t=12V×0.045A×10s=5.4J。所以Q1＞Q2。判斷依據(jù)是電壓相等，電流在90s~100s階段比30s~40s階段變小。7.如圖甲所示，工人用推力F將重為1000N的箱子沿斜面推至水平車廂中，斜面長(zhǎng)3m、高1.5m，F(xiàn)始終與箱子運(yùn)動(dòng)方向相同。箱子運(yùn)動(dòng)路程隨時(shí)間變化關(guān)系如圖乙所示，推力F隨時(shí)間變化關(guān)系如圖丙所示。下列分析正確的是（）A.0~10s內(nèi)，箱子做加速運(yùn)動(dòng) B.0~10s內(nèi)，箱子所受摩擦力為100NC.10~20s內(nèi)，推力F的功率為160W D.10~20s內(nèi)，箱子所受摩擦力為200N【答案】BD【解析】A．根據(jù)圖乙可知，0~10s內(nèi)，箱子做勻速直線運(yùn)動(dòng)，A錯(cuò)。B．根據(jù)圖乙可知：0~10s內(nèi)，箱子做勻速直線運(yùn)動(dòng)，推力F做的功為WF=FS=600N×3m=1800J；克服重力做的功大小為WG=Gh=1000N×1.5m=1500J；則摩擦力做的功大小為Wf=WF-WG=1800J-1500J=300J；摩擦力的大小為：f=Wfs=300J3mC．根據(jù)圖乙可知：10~20s內(nèi)，箱子運(yùn)動(dòng)的速度為：V=st=8m?3m20s?10s=0.5m/s。10~20s內(nèi)，根據(jù)圖丙可知：推力F的大小為F′=200N；推力F的功率為：P=F′V=200N×0.5m/s=100W。D．根據(jù)圖乙可知，10~20s內(nèi)，箱子做勻速直線運(yùn)動(dòng)，推力的大小和摩擦力的大小相等，則：f′=F′=200N。D正確。8.【2023株洲】（多選）某建筑工地上，一臺(tái)起重機(jī)將兩種材料同時(shí)從地面豎直勻速起吊送至兩個(gè)不同的高度，整個(gè)過(guò)程中起重機(jī)提升材料所做的功W與提升高度h的關(guān)系如圖所示。由圖可知（g=10N/kg）（）A．兩種材料總質(zhì)量為1.5t B．兩種材料總質(zhì)量為3tC．吊到40m高處的材料質(zhì)量為1t D．吊到40m高處的材料質(zhì)量為1.5t【答案】BC【解析】AB．由圖示知，上升高度為10m時(shí)，提升材料所做的功W=300kJ=300×103J=3×105J。據(jù)W=Gh可知，兩種材料的總重力：G=Wh=3×105J10m=3×104N，兩種材料的總質(zhì)量：m=Gg=3×10CD．吊到40m的材料單獨(dú)升高的高度為h2=h總-h=40m-10m=30m，此段高度提升材料所做的功：W2=W總-W=600kW-300kW=300kW=3×105J,吊到40m高處的材料重力:G2=G2g=3×105m2=G2g=1×104N10N/kg=1000kg=3t。9.【2023重慶B】如圖甲所示的電路，電源電壓恒定。閉合開(kāi)關(guān)S，移動(dòng)滑片P，電壓表示數(shù)隨電流表示數(shù)變化的圖像如圖乙所示。以下分析正確的是（）A.電源電壓為10VB.R0最大功率為1WC.滑片P向左移動(dòng)過(guò)程中，R0兩端電壓逐漸變小D.滑片P向右移動(dòng)過(guò)程中，電壓表與電流表的比值變大【答案】D【解析】由圖甲可得：電阻R0與滑動(dòng)變阻器串聯(lián)，電流表測(cè)量電路電流，電壓表測(cè)量滑動(dòng)變阻器電壓。由圖乙可得：當(dāng)電壓表示數(shù)為10V時(shí)，電流表示數(shù)為0.1A，由串聯(lián)電路特點(diǎn)與歐姆定律得：=1\*GB3