跟着图像学物理

陈鹏

图象法研究物理现象的优点是具有很强的直观性，物理中的图象大多是由实验过程中所测得的数据绘制而成的。解读图象。我们可以发现物理量之间的关系。得出相关的规律或定律。下面，我们一起来学习声学、热学、运动及密度中与图象有关的知识。

声学图象

声音的特性有三个，即音调、响度和音色，我们可以根据波形来对它们进行辨别：声音的音调由波形的疏密反映，波形越密，音调越高，波形越疏，音调越低；声音的响度由波形的振幅反映，振幅越大，响度越大，振幅越小，响度越小；声音的音色由波的形状反映。同学们在识别波形图象时，可以“左右看音调。上下看响度，波形看音色”。

热学图象

热学图象主要为物体熔化、凝固和沸腾时温度随时间变化的图象。

对于熔化和凝固图象，非晶体的图象是一段曲线，晶体的图象中有一段与时间轴平行，解读晶体的熔化和凝固图象可以得到如下信息：熔化（凝固）前，吸热升温（放热降温），图象倾斜上升（下降），物质处于固态（液态）；熔化（凝固）过程中，吸热（放热）温度不变，图象与时间轴平行，图象所对应的温度为熔点（凝固点），图象的起点为固态（液态），图象的终点为液态（固态），熔化（凝固）过程中物质处于固、液共存态，与时间轴平行的图象的起点时刻为熔化（凝固）的起始时刻。图象的终点为熔化（凝固）的结束时刻，图象所对应的时间为熔化（凝同）所经历的时间；熔化（凝固）后，继续吸热（放热）升温（降温）。

对于沸腾图象，沸腾前液体吸热升温。图象是一段倾斜上升的线段，沸腾时液体吸热温度不变，图象与时间轴平行。此时图象所对应的温度是沸点，图象的起点是沸腾开始的时刻，图象的终点是沸腾结束的时刻，图象所对应的时间是液体沸腾所经历的时间。

例1 星期天，小明在家煮饺子，当水烧开准备下饺子时，妈妈提醒他锅里的水量少了点，于是小明又往锅里迅速加了一大碗水（水量比锅里少），用同样大的火将水再次烧开，下图中能说明整个烧水过程中温度随时间变化的图象是（ ）。

解析：水沸腾时，温度保持不变，当向锅里迅速加了一大碗水后，锅内水的温度迅速降低，然后在加热过程中，水吸热温度上升，达到沸点继续沸腾，在此过程中，水面上的气压不变，所以水的沸点与原来相同，据此分析可知：A图象符合题意；B、C图象的沸点与原来不同，不符合题意；D图象中水从很低的温度直接达到沸点，这显然不可能，应该有一个升温过程，不符合题意。

答案：A

运动图象

运动图象主要分为s-t图象和v-t图象两类。

对于s-t图象，变速运动的图象是一条曲线，根据图线上任意一点对应的s、t数据可以计算出从起点到该点这一段路程中变速运动的平均速度的大小，该速度只表示该路段内的平均速度，不能表示其他路段内的平均速度。

对于v-t图象，变速运动的图象是一条曲线。图象上某一点的速度表示该时刻的瞬时速度。不能代表其他时间段内的平均速度；匀速直线运动的图象是一条与时间轴平行的直线。图象所对应的速度为匀速直线运动的速度。

例2 2022年是“运动年”，冬奥会掀起了全民4健身热潮。甲、乙两人同时从同一地点出发进行跑步锻炼，他们的s-t图象如图1所示。其中甲为曲线，乙为直线，在t=5s时两线相交，则由图象可知（ ）。

A.甲做曲线运动，乙做直线运动

B.0-5s，乙的速度始终大于甲的速度

C.第5s时，甲、乙的速度相同

D.0-5s，甲、乙之间的距离先变大后变小

解析：甲的运动图象是曲线，表示甲做变速运动，乙的运动图象是一条过原点的直线，表示乙做匀速运动，s-t图象描述物体运动的路程与时间的关系，不能反映物体运动路线的曲直，A错误：由图象可知，甲、乙两人在0-5s内通过的路程相等，由v=s/t可知，0-5s，甲、乙两人的平均速度相等，B错误；图象的斜率表示物体运动的速度大小，第5s时，甲、乙两人运动图象的斜率不相等，所以速度不相同，C错误：由图象可知甲、乙之间的距离先變大后变小，在第5s时，甲、乙相遇，距离为零，D正确。

答案：D

密度图象

密度是物质本身的一种特性，只跟物质种类有关，与物体的质量和体积无关。密度图象主要是m-V图象或V-m图象。在m-V图象中，横坐标表示体积，纵坐标表示质量，在V-m图象中，横坐标表示质量，纵坐标表示体积，同学们在分析这类图象时：

（1）要会计算密度：由图象上坐标点对应的质量和体积，通过ρ=m/V计算物体的密度。

（2）要会比较密度的大小：过m轴上一点作平行于V轴的直线，相同质量，体积小的密度大，反之，则密度小；过V轴上一点作平行于m轴的直线，相同体积，质量大的密度大，反之。则密度小。

解决图象类问题时，同学们要读懂图象信息，还原物理情境，将物理过程或物理量的关系从图象中分析出来。

学即用，练一练：

图2是甲、乙两种物质的质量与体积的关系图象，下列说法正确的是（ ）。

A.甲物质的密度随体积的增大而增大

B.当甲、乙两种物质的质量相同时，乙物质的体积较大

C.甲、乙两种物质的密度之比是4：1

D.体积为4cm3的乙物质，质量为8.9

参考答案：D