跟著圖像學(xué)物理

陳鵬

圖象法研究物理現(xiàn)象的優(yōu)點(diǎn)是具有很強(qiáng)的直觀性，物理中的圖象大多是由實(shí)驗(yàn)過程中所測得的數(shù)據(jù)繪制而成的。解讀圖象。我們可以發(fā)現(xiàn)物理量之間的關(guān)系。得出相關(guān)的規(guī)律或定律。下面，我們一起來學(xué)習(xí)聲學(xué)、熱學(xué)、運(yùn)動(dòng)及密度中與圖象有關(guān)的知識(shí)。

聲學(xué)圖象

聲音的特性有三個(gè)，即音調(diào)、響度和音色，我們可以根據(jù)波形來對(duì)它們進(jìn)行辨別：聲音的音調(diào)由波形的疏密反映，波形越密，音調(diào)越高，波形越疏，音調(diào)越低；聲音的響度由波形的振幅反映，振幅越大，響度越大，振幅越小，響度越?。宦曇舻囊羯刹ǖ男螤罘从?。同學(xué)們?cè)谧R(shí)別波形圖象時(shí)，可以“左右看音調(diào)。上下看響度，波形看音色”。

熱學(xué)圖象

熱學(xué)圖象主要為物體熔化、凝固和沸騰時(shí)溫度隨時(shí)間變化的圖象。

對(duì)于熔化和凝固圖象，非晶體的圖象是一段曲線，晶體的圖象中有一段與時(shí)間軸平行，解讀晶體的熔化和凝固圖象可以得到如下信息：熔化（凝固）前，吸熱升溫（放熱降溫），圖象傾斜上升（下降），物質(zhì)處于固態(tài)（液態(tài)）；熔化（凝固）過程中，吸熱（放熱）溫度不變，圖象與時(shí)間軸平行，圖象所對(duì)應(yīng)的溫度為熔點(diǎn)（凝固點(diǎn)），圖象的起點(diǎn)為固態(tài)（液態(tài)），圖象的終點(diǎn)為液態(tài)（固態(tài)），熔化（凝固）過程中物質(zhì)處于固、液共存態(tài)，與時(shí)間軸平行的圖象的起點(diǎn)時(shí)刻為熔化（凝固）的起始時(shí)刻。圖象的終點(diǎn)為熔化（凝固）的結(jié)束時(shí)刻，圖象所對(duì)應(yīng)的時(shí)間為熔化（凝同）所經(jīng)歷的時(shí)間；熔化（凝固）后，繼續(xù)吸熱（放熱）升溫（降溫）。

對(duì)于沸騰圖象，沸騰前液體吸熱升溫。圖象是一段傾斜上升的線段，沸騰時(shí)液體吸熱溫度不變，圖象與時(shí)間軸平行。此時(shí)圖象所對(duì)應(yīng)的溫度是沸點(diǎn)，圖象的起點(diǎn)是沸騰開始的時(shí)刻，圖象的終點(diǎn)是沸騰結(jié)束的時(shí)刻，圖象所對(duì)應(yīng)的時(shí)間是液體沸騰所經(jīng)歷的時(shí)間。

例1 星期天，小明在家煮餃子，當(dāng)水燒開準(zhǔn)備下餃子時(shí)，媽媽提醒他鍋里的水量少了點(diǎn)，于是小明又往鍋里迅速加了一大碗水（水量比鍋里少），用同樣大的火將水再次燒開，下圖中能說明整個(gè)燒水過程中溫度隨時(shí)間變化的圖象是（ ）。

解析：水沸騰時(shí)，溫度保持不變，當(dāng)向鍋里迅速加了一大碗水后，鍋內(nèi)水的溫度迅速降低，然后在加熱過程中，水吸熱溫度上升，達(dá)到沸點(diǎn)繼續(xù)沸騰，在此過程中，水面上的氣壓不變，所以水的沸點(diǎn)與原來相同，據(jù)此分析可知：A圖象符合題意；B、C圖象的沸點(diǎn)與原來不同，不符合題意；D圖象中水從很低的溫度直接達(dá)到沸點(diǎn)，這顯然不可能，應(yīng)該有一個(gè)升溫過程，不符合題意。

答案：A

運(yùn)動(dòng)圖象

運(yùn)動(dòng)圖象主要分為s-t圖象和v-t圖象兩類。

對(duì)于s-t圖象，變速運(yùn)動(dòng)的圖象是一條曲線，根據(jù)圖線上任意一點(diǎn)對(duì)應(yīng)的s、t數(shù)據(jù)可以計(jì)算出從起點(diǎn)到該點(diǎn)這一段路程中變速運(yùn)動(dòng)的平均速度的大小，該速度只表示該路段內(nèi)的平均速度，不能表示其他路段內(nèi)的平均速度。

對(duì)于v-t圖象，變速運(yùn)動(dòng)的圖象是一條曲線。圖象上某一點(diǎn)的速度表示該時(shí)刻的瞬時(shí)速度。不能代表其他時(shí)間段內(nèi)的平均速度；勻速直線運(yùn)動(dòng)的圖象是一條與時(shí)間軸平行的直線。圖象所對(duì)應(yīng)的速度為勻速直線運(yùn)動(dòng)的速度。

例2 2022年是“運(yùn)動(dòng)年”，冬奧會(huì)掀起了全民4健身熱潮。甲、乙兩人同時(shí)從同一地點(diǎn)出發(fā)進(jìn)行跑步鍛煉，他們的s-t圖象如圖1所示。其中甲為曲線，乙為直線，在t=5s時(shí)兩線相交，則由圖象可知（ ）。

A.甲做曲線運(yùn)動(dòng)，乙做直線運(yùn)動(dòng)

B.0-5s，乙的速度始終大于甲的速度

C.第5s時(shí)，甲、乙的速度相同

D.0-5s，甲、乙之間的距離先變大后變小

解析：甲的運(yùn)動(dòng)圖象是曲線，表示甲做變速運(yùn)動(dòng)，乙的運(yùn)動(dòng)圖象是一條過原點(diǎn)的直線，表示乙做勻速運(yùn)動(dòng)，s-t圖象描述物體運(yùn)動(dòng)的路程與時(shí)間的關(guān)系，不能反映物體運(yùn)動(dòng)路線的曲直，A錯(cuò)誤：由圖象可知，甲、乙兩人在0-5s內(nèi)通過的路程相等，由v=s/t可知，0-5s，甲、乙兩人的平均速度相等，B錯(cuò)誤；圖象的斜率表示物體運(yùn)動(dòng)的速度大小，第5s時(shí)，甲、乙兩人運(yùn)動(dòng)圖象的斜率不相等，所以速度不相同，C錯(cuò)誤：由圖象可知甲、乙之間的距離先變大后變小，在第5s時(shí)，甲、乙相遇，距離為零，D正確。

答案：D

密度圖象

密度是物質(zhì)本身的一種特性，只跟物質(zhì)種類有關(guān)，與物體的質(zhì)量和體積無關(guān)。密度圖象主要是m-V圖象或V-m圖象。在m-V圖象中，橫坐標(biāo)表示體積，縱坐標(biāo)表示質(zhì)量，在V-m圖象中，橫坐標(biāo)表示質(zhì)量，縱坐標(biāo)表示體積，同學(xué)們?cè)诜治鲞@類圖象時(shí)：

（1）要會(huì)計(jì)算密度：由圖象上坐標(biāo)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的質(zhì)量和體積，通過ρ=m/V計(jì)算物體的密度。

（2）要會(huì)比較密度的大?。哼^m軸上一點(diǎn)作平行于V軸的直線，相同質(zhì)量，體積小的密度大，反之，則密度??；過V軸上一點(diǎn)作平行于m軸的直線，相同體積，質(zhì)量大的密度大，反之。則密度小。

解決圖象類問題時(shí)，同學(xué)們要讀懂圖象信息，還原物理情境，將物理過程或物理量的關(guān)系從圖象中分析出來。

學(xué)即用，練一練：

圖2是甲、乙兩種物質(zhì)的質(zhì)量與體積的關(guān)系圖象，下列說法正確的是（ ）。

A.甲物質(zhì)的密度隨體積的增大而增大

B.當(dāng)甲、乙兩種物質(zhì)的質(zhì)量相同時(shí)，乙物質(zhì)的體積較大

C.甲、乙兩種物質(zhì)的密度之比是4：1

D.體積為4cm3的乙物質(zhì)，質(zhì)量為8.9

參考答案：D