2020年高考复习：分类例析全国高考新课标卷物理图像题

分类例析全国高考新课标卷物理图像题摘要：物理图像问题一直是高考的热点问题，本文对近几年全国高考理综新课标卷物理图像题进行了研究，归纳了解决物理图像题的基本方法。真题研究在高考复习中引领学生深度反思归纳，发展物理学科核心素养。关键词：高考真题物理图像高考复习核心素养通过对历年高考真题的研究，我们发现高考对物理图像题的考查频率较高。高考命题者还热衷于追求试题的创新，近几年全国高考理综新课标卷的物理图像题的创新点屡见不鲜。物理图像与物理核心知识有机结合，有效地考查了学生获取图像信息的能力、分析问题和解决问题的能力，这与物理核心素养的要求是相符的。本文以三个类型的“物理图像题”为例，对高考真题进行了深入研究，以期对高考复习提供一点启发。类型一：基于运动学的物理图像在基于运动学的物理图像题中，试题主要考查核心物理概念，强调对物理概念的理解，比如路程、位移、速度和加速度等。以x-t图像和v-t图像为例，其常考考点如表1所示。表1运动图像涉及的考点考点x-t图像v-t图像斜率速度加速度交点相遇速度相同图像下的面积位移[真题1]（2018年高考新课标卷III，18题）甲、乙两车在同一平直公路上同向运动，甲做匀加速直线运动，乙做匀速直线运动。甲、乙两车的位置x随时间t的变化如图1所示。下列说法正确的是（）图1图1A．在t1时刻两车速度相等B．从0到t1时间内，两车走过的路程相等C．从t1到t2时间内，两车走过的路程相等D．在t1到t2时间内的某时刻，两车速度相等【答案】CD【解析】x-t图像的斜率代表速度，则在t1时刻甲车的速度小于乙车的速度；在t1到t2时间内的某时刻，两车速度相等。由x-t图像可知，两车都在做单向直线运动，则两车走过的路程等于位移的大小。又因为位移等于初末位置的变化量，所以从0到t1时间内，甲车走过的路程小于乙车走过的路程；从t1到t2时间内，两车走过的路程相等。点评：根据路程的定义，首先要分析物体的运动情况，找到物体的运动轨迹，此题就能够顺利解决。[真题2]（2018年高考新课标卷II，19题）甲、乙两汽车在同一条平直公路上同向运动，其速度-时间图像分别如图2中甲、乙两条曲线所示。已知两车在t2时刻并排行驶。下列说法正确的是（）A．两车在t1时刻也并排行驶B．在t1时刻甲车在后，乙车在前C．甲车的加速度大小先增大后减小D．乙车的加速度大小先减小后增大图2图2【答案】BD【解析】v-t图像下面的面积代表位移，则在t1~t2时间内，x甲>x乙。已知两车在t2时刻并排行驶，故在t1时刻甲车在后，乙车在前。v-t图像的斜率代表加速度，因此两车的加速度大小都是先减小后增大。点评：在追及相遇问题中，以同一地点为参考，只要两物体的位移相同，则两物体一定相遇。【题源追溯】[真题3]（2016年高考新课标卷I，21题）甲、乙两车在平直公路上同向行驶，其v-t图像如图3所示。已知两车在t=3s时并排行驶，则（）A．在t=1s时，甲车在乙车后面B．在t=0时，甲车在乙车前7.5mC．两车另一次并排行驶的时刻是t=2sD．甲、乙车两次并排行驶的位置之间沿公路方向的距离为40m图3图3【答案】BD【解析】v-t图像下面的面积代表位移，则在1s~3s时间内，x甲=x乙。已知两车在t=3s时并排行驶，所以在t=1s时，两车第一次并排行驶。通过计算v-t图像下面的面积可得，在t=0时，甲车在乙车前7.5m；甲、乙车两次并排行驶的位置之间沿公路方向的距离为40m。点评：此题用排除法较为简单，从t=3s时逆着两车运动的方向分析，很容易得到正确答案。[真题4]（2019年高考新课标卷II，19题）如图4（a），在跳台滑雪比赛中，运动员在空中滑翔时身体的姿态会影响其下落的速度和滑翔的距离。某运动员先后两次从同一跳台起跳，每次都从离开跳台开始计时，用v表示他在竖直方向的速度，其v-t图像如图4（b）所示，t1和t2是他落在倾斜雪道上的时刻。则（）图4图4A．第二次滑翔过程中在竖直方向上的位移比第一次的小B．第二次滑翔过程中在水平方向上的位移比第一次的大C．第二次滑翔过程中在竖直方向上的平均加速度比第一次的大D．竖直方向速度大小为v1时，第二次滑翔在竖直方向上所受阻力比第一次的大【答案】BD【解析】在竖直方向上，设第一次滑翔的位移为y1，第二次滑翔的位移为y2，由v-t图像可知，y1<y2。因为水平方向上的位移与竖直方向上的位移的比值为常数，所以第二次滑翔过程中在水平方向上的位移比第一次的大。任一时刻，设第一次滑翔的加速度为a1，第二次滑翔的加速度为a2，由v-t图像可知，a1>a2，所以第一次滑翔过程中在竖直方向上的平均加速度比第二次的大。竖直方向速度大小为v1时，a1>a2。由牛顿第二定律得mg-f=ma可见，加速度a越大，阻力f越小。所以第二次滑翔在竖直方向上所受阻力比第一次的大。点评：此题考查的是曲线运动，但其分运动是匀变速直线运动，仍然属于基于运动学的物理图像题。类型二：基于动力学的物理图像基于动力学的物理图像题，旨在将牛顿运动定律与物理图像相结合。根据物理图像，首先做好运动分析，画出受力分析图，列出核心方程F合=ma，注意灵活处理矢量的方向问题。[真题5]（2015年高考新课标卷I，20题）如图5（a），一物块在t=0时刻滑上一固定斜面，其运动的ν-t图线如图5（b）所示。若重力加速度及图中的ν0、ν1、t1均为已知量，则可求出（）A．斜面的倾角B．物块的质量C．物块与斜面间的动摩擦因数D．物块沿斜面向上滑行的最大高度图5图5【答案】ACD【解析】物块沿斜面向上滑行的过程中，对物块受力分析如图6（a）所示。图6图6（a）（b）由牛顿第二定律得μN+mgsinθ=ma1N=mgcosθ物块沿斜面向下滑行的过程中，对物块受力分析如图6（b）所示。由牛顿第二定律得mgsinθ-μN=ma2N=mgcosθ又由v-t图像可知，向上滑行的加速度，向下滑行的加速度联立方程，求解得斜面的倾角物块与斜面间的动摩擦因数由v-t图像可知，物块沿斜面向上滑行的最大位移为，则物块沿斜面向上滑行的最大高度点评：在运用牛顿第二定律时，选择加速度a的方向为正方向，就能摆脱正负号的纠缠。利用v-t图像的斜率表示加速度，就可以求得物体的质量及受力情况。[真题6]（2019年高考新课标卷III，20题）如图7（a），物块和木板叠放在实验台上，物块用一不可伸长的细绳与固定在实验台上的力传感器相连，细绳水平。t=0时，木板开始受到水平外力F的作用，在t=4s时撤去外力。细绳对物块的拉力f随时间t变化的关系如图7（b）所示，木板的速度v与时间t的关系如图7（c）所示。木板与实验台之间的摩擦可以忽略。重力加速度取g=10m/s2。由题给数据可以得出（）图7图7A．木板的质量为1kgB．2s~4s内，力F的大小为0.4NC．0~2s内，力F的大小保持不变D．物块与木板之间的动摩擦因数为0.2【答案】AB【解析】设木板的质量为m，物块的质量为m0，由v-t图像可知，0~2s，m静止，F=f，f增大，力F也增大；2s~4s，m做匀加速直线运动a1=0.2m/s2，由牛顿第二定律得F-f=ma1；4s~5s，m只受摩擦力f，m做匀减速直线运动a2=0.2m/s2，由牛顿第二定律得f=ma2。解得m=1kg，F=0.4N。物块受到的滑动摩擦力f=μm0g，由于m0未知，所以物块与木板之间的动摩擦因数无法求出。点评：对于多过程问题，我们要分过程考虑。利用“受力分析”这个法宝，结合牛顿第二定律就可以解决多过程问题了。类型三：基于能量的物理图像基于能量的物理图像题，凸显对经典物理情景的考查，多数属于难度较大的问题。探究时综合运用画运动示意图、受力分析图、能量分析等方法，利用功能关系、能量守恒定律，深刻体会能量问题的复杂性。[真题7]（2019年高考新课标卷II，18题）从地面竖直向上抛出一物体，其机械能E总等于动能Ek与重力势能Ep之和。取地面为重力势能零点，该物体的E总和Ep随它离开地面的高度h的变化如图8所示。重力加速度取10m/s2。由图中数据可得（）图8图8A．物体的质量为2kgB．h=0时，物体的速率为20m/sC．h=2m时，物体的动能Ek=40JD．从地面至h=4m，物体的动能减少100J【答案】AD【解析】机械能E总=Ek+Ep，由E-h图像可知h=4m时，E总=Ep=mgh，所以m=2kg，Ek=0，此处为最高点。h=2m时，物体的动能Ek=E总-Ep=50J。h=0时，E总=Ek，所以物体的速率v0=10m/s。h=0~4m，动能的减少量-ΔEk=Ek1-Ek2=100J。点评：根据题意与能量图像，做好运动分析、能量分析是解决此类问题的关键。借助能量守恒定律，明确某时刻或某位置的能量大小。[真题8]（2019年高考新课标卷III，17题）从地面竖直向上抛出一物体，物体在运动过程中除受到重力外，还受到一大小不变、方向始终与运动方向相反的外力作用。距地面高度h在3m以内时，物体上升、下落过程中动能Ek随h的变化如图9所示。重力加速度取10m/s2。该物体的质量为（）图9图9A．2kg B．1.5kg C．1kg D．0.5kg【答案】C【解析】设物体的初动能为Ek0，上升到h=3m处动能为Ek1，上升至最高点在返回到h=3m处动能为Ek2，返回到地面时动能为Ek3。由Ek-h图像可知，Ek0=72J，Ek1=36J，Ek2=24J，Ek3=48J。设外力的大小为F，由动能定理得上升过程：-mgh-Fh=Ek1-Ek0下降过程：mgh-Fh=Ek3-Ek2解得：m=1kg点评：运动分析、受力分析和能量分析是解决物理问题的三种基本途径。根据能量图像，结合功能关系、能量守恒定律，我们就可以解决此类复杂问题。总结：通过对高考真题研究，我们能更好地把握高考动向