圖表在物理學中應用十分廣泛,是一種很好的表示問題與研究問題的手段與方法,與文字相比,用圖像、表格描述自然現(xiàn)象、事件變化過程具有直觀形象、高度概括的特點.下面本文就一些典型的“力與運動”圖表問題作一些解析.
一、運動類圖表問題
(1)圖像類
例1 甲、乙、丙三輛小車同時、同地向同一方向運動,它們運動的圖像如圖所示,由圖像可知:運動速度相同的小車 和 ;經(jīng)過5s,跑在最前面的小車是 .
解析 本題分別給出s-t和v-t圖像,認識圖像后,下一步要能讀圖,從s-t圖像可知甲做勻速直線運動,5s通過20m,速度為4m/s,而從v-t圖像直接可知乙、丙均做勻速直線運動,乙的速度是6m/s,丙的速度是4m/s.乙的速度較大,同樣經(jīng)過5s乙通過的路程較多,兩車同時、同地出發(fā),故乙在前.
本題的要點是認識圖像關(guān)系,明確s-t圖像的意義和其斜率表示速度,而v
-t圖像直接給出相應的速度,并注意物理量的單位.
答案 甲 丙 乙
例2 甲、乙兩物體從同一地點出發(fā)沿同一方向運動,其路程s跟時間t的關(guān)系圖像如圖所示.仔細觀察圖像,你能獲得什么信息?
.(寫出一條即可)
解析 本題是一個開放題,給出的是s-t圖像,以甲為例,從圖像上的點與線能知道甲的出發(fā)時刻、它每時刻對應通過的路程、它的速度,由此甲乙對比能得到很多的信息,甲乙的交點則是反映它們同時到達該地點正好相遇.
本題的要點是識圖,明確圖像點、線的物理含義.
答案 乙的速度比甲大 乙出發(fā)比甲晚15min 甲、乙出發(fā)后在60m處相遇等(若說出其他信息,只要正確即可)
(2)表格類
例3 某物理興趣小組利用帶有刻度尺的斜面、小車和數(shù)值鐘“測量小車的平均速度”,如圖所示,圖中顯示的是他們測量過程中的小車在甲、乙、丙三個位置及其對應時間的情形,顯示時間的格式是“時:分:秒”
(1)請你根據(jù)圖示完成下表
(2)分析表中的數(shù)據(jù),小車全程是做勻速運動嗎?為什么?
解析 本題首先要明確表格各行欄目分別是路程、時間和平均速度,相應各列欄目是小車由甲至乙 、乙至丙、甲至丙各段,再從示意圖上找到對應的路程與時間,需要注意的是圖上路程單位標的是cm,而表格中標的是m,圖上時鐘顯示的是“時:分:秒”的時刻值,表格中記錄的是時間,即是兩個時刻之差,這些信息在讀圖表是同樣要注意.由此正確運用v=s/t算出對應路程段的平均速度即可做出解答.
答案 (1)
(2)不是.分析表中數(shù)據(jù)可知小車前段路程運動慢,后段路程運動快.
二、運動與力圖表問題
(1)圖像類
例4 如圖甲所示,放在水平地面上的物體,受到方向不變的水平拉力F的作用,F(xiàn)的大小與時間t的關(guān)系如圖乙所示,物體運動速度v與時間t的關(guān)系如圖丙所示.由圖像可知當t=1s時,物體處于 狀態(tài),物體受到的摩擦力為 N;t=3s時,物體受到的摩擦力為 N;
t=5s時,物體的速度為 m/s.
解析 本題所有的信息量均從圖像上給出,但關(guān)鍵的是兩個圖像分別是F-t圖像和v-t圖像,要將兩個圖像對應起來看,而且顯性信息的是圖像上給出的不同時間段對應的拉力F和v的大小,但本題有個隱性的信息是力與運動的關(guān)系必須要明確的,比如本題中0~2s內(nèi)拉力2N時,由圖像知:物體靜止,處于平衡狀態(tài),故靜摩擦力大小為2N,而t=3s時,物體做加速運動,處于非平衡狀態(tài),摩擦力小于6N(此處是大多數(shù)同學易錯處,都認為摩擦力為6N),但僅據(jù)此條件無法得知,為此,要繼續(xù)抓住4~6s內(nèi),物體做勻速直線運動,受平衡力作用,此時滑動摩擦力等于拉力大小為4N,再回到t=3s時,壓力、粗糙程度相同,摩擦力也為4N.
答案 靜止 2 4 2
(2)表格類
例5 某興趣小組用以下實驗裝置“探究從斜面上下滑的物塊,在水平面上滑行的距離與哪些因素有關(guān)”.實驗中讓木塊分別從不同高度由靜止開始沿光滑斜面下滑,最終靜止在與斜面相接的水平木板或鋪上棉布的板上.用刻度尺測量每次開始下滑時的高度h和在水平板面上滑行的距離s,記錄如下表:
(1)分析1、2、3次實驗可得:木塊在木板上滑行的水平距離s與在斜面上釋放時的高度h的關(guān)系式為s= ;
(2)比較1與4,2與5,3與6次實驗可得:在斜面上釋放的高度相同時,木塊在水平板面上滑行的距離與
有關(guān);
(3)實驗得出的結(jié)論是:
.
解析 本題是實驗類圖表問題,要求從實驗記錄數(shù)據(jù)中,尋找數(shù)據(jù)背后的物理規(guī)律,要求同學們有基本的數(shù)據(jù)分析與處理能力,即對數(shù)據(jù)進行比較,通過分析、推理與歸納得出結(jié)論.
注意得出的結(jié)論要符合開始時提出的探究問題.
答案 (1)5h (2)接觸面的粗糙程度(或接觸面的材料) (3)在水平面上滑行的距離與釋放高度及接觸面的粗糙程度有關(guān)(其他合理解釋均可)
小結(jié):用圖表來描述物理過程比較直觀,可以描述出其變化的動態(tài)特征.我們要學會從圖像中獲取信息,用圖像可以直接看出兩個物理量之間的關(guān)系,是成正比或反比等,這是數(shù)學在物理中的應用.比如,要弄清兩個坐標軸各代表什么物理量,以便了解圖像所反映的是哪兩個物理量之間的相互關(guān)系.因此,在處理圖表問題時要注意數(shù)學知識在物理上的遷移運用.
“力與運動”檢測題參考答案
1.靜止;勻速直線運動;靜止;外力;運動;外力;勻速直線運動; 2.做勻速直線運動; 3.足球具有慣性;足球受到摩擦力; 4.原來運動狀態(tài);慣性;質(zhì)量;慣性; 5.慣性;慣性; 6.平衡力; 7.相同;合力; 8.0;靜止;勻速直線運動; 9.改變;做勻速直線運動; 10.重力;支持力. 11.A 12.D
13.A 14.D 15.A 16.D 17.D 18.B 19.D 20.C 21.B 22.B 23.D
24. 25.
26.力是維持物體運動的原因;表格中內(nèi)容為:最大、小、最小、0.09、0.15、0.22;不受外力的物體也能運動;錯誤的; 使小車到達水平面時速度相同;探究真空是否能傳聲; 27.乘客原來是靜止的,當車輛啟動時,乘客的腳由于受到車廂的摩擦力,與車子一起運動;而乘客的上身由于慣性,仍要保持原來的靜止狀態(tài),如果不抓好扶手,會向后傾倒. 28.稻谷殼;稻谷;砂粒; 29.(1)跳遠時助跑;(2)乘車系安全帶; 30.①空氣的阻力大小與速度大小的平方成正比;②迎風面積;③提出問題、做出猜想、進行實驗、收集證據(jù)、得出結(jié)論; 31.100N;豎直向上; 32.1000N; 33.1800N.