2023年高三物理二輪常見模型與方法強(qiáng)化專訓(xùn)專練專題33 圖像法(電學(xué)與熱學(xué)圖像線下面積的應(yīng)用)特訓(xùn)目標(biāo)特訓(xùn)內(nèi)容目標(biāo)1E-x圖像線下面積的應(yīng)用1T—3T目標(biāo)2U-q圖像線下面積的應(yīng)用4T—6T目標(biāo)3I-t圖像線下面積的應(yīng)用7T—9T目標(biāo)4P-V圖像線下面積的應(yīng)用10T—12T【特訓(xùn)典例】一、E-x圖像線下面積的應(yīng)用1.半徑為R、均勻帶正電荷的球體在空間產(chǎn)生球?qū)ΨQ的電場(chǎng),電場(chǎng)強(qiáng)度大小沿半徑分布如圖所示,圖中已知。過球心同一直線上的A、B兩點(diǎn)離球心的距離分別為2R、3R。下列說法中正確的是(  )AAB兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小之比是B.把一正試探電荷從A點(diǎn)移到B點(diǎn)電勢(shì)能增加C.從球面到A點(diǎn)的電勢(shì)差小于AB兩點(diǎn)間的電勢(shì)差D.從球心到球面,電勢(shì)降低 【答案】D【詳解】A.根據(jù)公式解得,A錯(cuò)誤;B.由題可知,該球體帶正電,故把一正檢驗(yàn)電荷從A點(diǎn)移到B點(diǎn),電場(chǎng)力做正功,電勢(shì)能減少,B錯(cuò)誤;CD.根據(jù)關(guān)系式可知,曲線下圖像的面積表示電勢(shì)差,由圖易知從球面到A點(diǎn)的電勢(shì)差大于AB兩點(diǎn)間的電勢(shì)差,由于該球體帶正電,故把一正檢驗(yàn)電荷從球心向遠(yuǎn)離球心移動(dòng),電場(chǎng)力做正功,可知從球心到球面電勢(shì)降低,電勢(shì)降低,C錯(cuò)誤,D正確。故選D。2.空間有一沿x軸對(duì)稱分布的電場(chǎng),其電場(chǎng)強(qiáng)度Ex變化的圖像如圖所示,x軸正方向?yàn)殡妶?chǎng)強(qiáng)度的正方向,帶電粒子在此空間只受電場(chǎng)力作用。下列說法中正確的是( ?。?/span>A.此空間電場(chǎng)一定是由一對(duì)等量同種正點(diǎn)電荷產(chǎn)生的B.帶正電的粒子在x1處和-x1處的電勢(shì)能相等C.電子以一定的速度由-x1處沿x軸正方向運(yùn)動(dòng)的過程中,電場(chǎng)力先做負(fù)功后做正功D.質(zhì)子沿x軸由x1處運(yùn)動(dòng)到-x1處,在O點(diǎn)電勢(shì)能最小【答案】B【詳解】A.若該電場(chǎng)是由一對(duì)等量同種正點(diǎn)電荷產(chǎn)生的,靠近正電荷時(shí)場(chǎng)強(qiáng)應(yīng)趨于無窮大,對(duì)比圖像不符,A錯(cuò)誤;BO點(diǎn)左側(cè)場(chǎng)強(qiáng)向左、O點(diǎn)右側(cè)場(chǎng)強(qiáng)向右,假設(shè)正電荷從O運(yùn)動(dòng)到x1處,電場(chǎng)力做正功,電勢(shì)能減小,可得其中U1Ox1的電勢(shì)差,即該段圖線與x軸所圍的面積,同理可知,正電荷從O運(yùn)動(dòng)到-x1處,電場(chǎng)力做正功,電勢(shì)能減小,可得其中U2O-x1的電勢(shì)差,即該段圖線與x軸所圍的面積,由對(duì)稱性可知故帶正電的粒子在x1處和-x1處的電勢(shì)能相等,B正確;C.電子以一定的速度由-x1處沿x軸正方向運(yùn)動(dòng)的過程中,電場(chǎng)力先做正功后做負(fù)功,C錯(cuò)誤;D.質(zhì)子沿x軸由x1處運(yùn)動(dòng)到-x1處,電場(chǎng)力先做負(fù)功再做正功,電勢(shì)能先增大后減小,在O點(diǎn)電勢(shì)能最大,D錯(cuò)誤。故選B。3.空間有一沿x軸正方向分布的電場(chǎng),其電場(chǎng)強(qiáng)度Ex變化的圖像如圖所示,一質(zhì)量為m、帶電量為的粒子靜止在原點(diǎn)O處,由于受到微小的擾動(dòng),粒子僅在電場(chǎng)力作用下沿x軸正向運(yùn)動(dòng),下列說法正確的是(  )A.從O點(diǎn)到處,帶電粒子的電勢(shì)能逐漸減小B.粒子運(yùn)動(dòng)到處時(shí)的加速度大小為C.若取O點(diǎn)電勢(shì)為零,則處的電勢(shì)為D.粒子在段的動(dòng)能變化量小于在段的動(dòng)能變化量【答案】AD【詳解】A.從O點(diǎn)到處,帶電粒子受到的電場(chǎng)力做正功,其電勢(shì)能逐漸減小,故A正確;B.由圖像可知處的電場(chǎng)強(qiáng)度大于,由牛頓第二定律可知粒子的加速度B錯(cuò)誤;C圖像的面積表示兩點(diǎn)間的電勢(shì)差,則所以處的電勢(shì)為,故C錯(cuò)誤;D.由圖像可知段的面積小于段的面積,即段的電勢(shì)差小于段的電勢(shì)差,由動(dòng)能定理得所以粒子在段的動(dòng)能變化量小于在段的動(dòng)能變化量,故D正確。故選AD。二、U-q圖像線下面積的應(yīng)用4.利用一個(gè)電動(dòng)勢(shì)為E的電源對(duì)一電容器(電容為C)充電,充電過程中,電容器兩端的電壓U和電容器所帶電荷量Q的函數(shù)關(guān)系如圖所示,若圖中ΔQ取得盡可能小,則陰影部分的面積可以表示對(duì)電荷量為ΔQ的電荷所做的功,即電容器所帶電荷量增加ΔQ時(shí)儲(chǔ)存的能量,則( ?。?/span>A.圖象的斜率等于電容C的大小B.圖象斜率的倒數(shù)等于電容C的大小C.充電完畢電容器儲(chǔ)存的能量為CE2D.充電完畢電容器儲(chǔ)存的能量為CE2【答案】BD【詳解】AB.根據(jù)電容的定義式可得U-Q圖象的斜率為即圖象斜率的倒數(shù)等于電容C的大小,故A錯(cuò)誤,B正確;CD.充電完畢電容器帶電量為Q=CE由題意可知,電容器儲(chǔ)存的能量為圖像與坐標(biāo)軸圍成的面積大小C錯(cuò)誤,D正確。故選BD。5.隨著科技的發(fā)展,一種新型的儲(chǔ)能器件越來越被廣泛使用,即用電容器儲(chǔ)能,現(xiàn)對(duì)給定電容為的電容器充電,充電時(shí)兩極板間的電勢(shì)差隨電荷量的變化圖象如圖所示,類比直線運(yùn)動(dòng)中由圖象求位移的方法,可以求兩極板間電壓為時(shí)電容器所儲(chǔ)存的電能等于(  )A B C D【答案】D【詳解】電壓為時(shí),電容器帶電,圖線和橫軸圍成的面積為所儲(chǔ)存的電能,則有所以ABC錯(cuò)誤,D正確。故選D。6.電容器在生產(chǎn)生活中有廣泛的應(yīng)用。用如圖甲所示的電路給電容器充電,其中C表示電容器的電容,R表示電阻的阻值,E表示電源的電動(dòng)勢(shì)(電源內(nèi)阻可忽略)。改變電路中元件的參數(shù)對(duì)同一電容器進(jìn)行三次充電,三次充電對(duì)應(yīng)的電容器電荷量q隨時(shí)間t變化的圖像分別如圖乙中①②③所示。第一次充電時(shí)電容器兩端的電壓u隨電荷量q變化的圖像如圖丙所示。下列說法中正確的是( ?。?/span>A①②兩條曲線不同是E的不同造成的B②③兩條曲線不同是R的不同造成的C.改變R或者改變E,電容器兩端的電壓隨電荷量變化的u-q圖像都如圖丙所示D.類比直線運(yùn)動(dòng)中由v-t圖像求位移的方法,由圖丙所示u-q圖像可求得電容器兩極間電壓為U時(shí)電容器所儲(chǔ)存的電能【答案】CD【詳解】A. 根據(jù) ,①②兩次的q相同,表明這兩次充電的電源相同,第次的斜率大,表示充電的電流大,電阻的阻值小,所以①②兩條曲線不同是R的不同造成的,A錯(cuò)誤;B. 根據(jù)②③兩次的電量不同,表明電源不同,所以②③兩條曲線不同是E的不同造成的,B錯(cuò)誤;C. 根據(jù) 可知,改變R或者改變E,不能改變電容C,所以電容器兩端的電壓隨電荷量變化的u-q圖像的斜率不變,圖像如圖丙所示,C正確;D. 類比直線運(yùn)動(dòng)中由v-t圖像求位移的方法,則電容器兩極間電壓為U時(shí)電容器所儲(chǔ)存的電能等于圖像的面積;解得D正確。故選CD。三、I-t圖像線下面積的應(yīng)用7NPO電容器是一種最常用的具有溫度補(bǔ)償特性的單片陶瓷電容器,某興趣小組利用電路圖甲研究該電容器的放電規(guī)律,先將開關(guān)S接通1,待電路穩(wěn)定后接通2,用電流傳感器和計(jì)算機(jī)測(cè)得電容器某次放電時(shí)電流隨時(shí)間的變化圖像如圖乙所示。下列說法正確的是(    A.流過R0的電流方向豎直向上B.圖乙中圖線與坐標(biāo)軸圍起來的面積表示電容器電容的大小C.若增大R0的阻值,則放電時(shí)間減少D.若增大R0的阻值,圖線與坐標(biāo)軸圍起來的面積不變【答案】D【詳解】A.由甲圖可知,充電后電容器上極板帶正電,故電容器放電時(shí)流過的電流方向豎直向下,故A錯(cuò)誤;B.根據(jù)微元法的思想知,I-t圖線與坐標(biāo)軸圍起來的面積表示電荷總量,故B錯(cuò)誤;D.充電后,電容器與電源斷開,電荷總量不變,根據(jù)B項(xiàng)分析,I-t圖線與坐標(biāo)軸圍起來的面積表示電荷總量,則增大R0的阻值,圖線與坐標(biāo)軸圍起來的面積不變,故D正確;C.電容器充滿電后,電荷總量不變,電容不變,根據(jù)不變,又若增大的阻值,則放電初始時(shí)刻的最大電流減小,根據(jù)I-t圖線與坐標(biāo)軸圍起來的面積不變,故放電時(shí)間增加,故C錯(cuò)誤。故選D8.把電容器、電流傳感器、電阻、電源、單刀雙擲開關(guān)按圖甲所示連接。先使開關(guān)S1端相連,電源向電容器充電;然后把開關(guān)S擲向2端,電容器放電。電流傳感器中的電流i隨時(shí)間t變化的關(guān)系如圖乙所示。下列說法正確的是( ?。?/span>A.在t1~t2時(shí)間內(nèi),電容器兩極板間電壓逐漸增大B.在t3~t4時(shí)間內(nèi),電容器的電容逐漸減小C.曲線1與橫軸所圍面積等于曲線2與橫軸所圍面積DS1端,只要時(shí)間足夠長(zhǎng),電容器兩極板間的電壓就能大于電源電動(dòng)勢(shì)E【答案】AC【詳解】A.在t1t2時(shí)間內(nèi),即形成電流曲線1的過程中,開關(guān)S1端相連,電容器在充電,所帶電量增大,電容不變,根據(jù)知,兩極板電壓逐漸增大,故A正確;B.在t3t4時(shí)間內(nèi),即形成電流曲線2的過程中,開關(guān)S2端相連,電容器在放電,在放電的過程中,電容器的電荷量減小,但電容反映電容器本身的特性,與電壓和電量無關(guān),保持不變,故B錯(cuò)誤;C.根據(jù)q=It,可知I-t圖線與時(shí)間軸圍成的面積表示電荷量。由于電容器充電和放電的電量相等,所以曲線1與橫軸所圍面積等于曲線2與橫軸所圍面積,故C正確;DS1端,電容器充電,最終兩端電勢(shì)差等于電源的電動(dòng)勢(shì),故D錯(cuò)誤。故選AC9.如圖(a)所示電路中,定值電阻R1=R2=5Ω,電容器電容C=500μF,電源電動(dòng)勢(shì)E=3.0V,內(nèi)阻不計(jì)。開始時(shí),單刀雙擲開關(guān)S斷開,電容器不帶電。圖(b)和圖(c)分別為電容器兩極間電壓UC、電容器支路中電流IC隨時(shí)間t變化的關(guān)系圖線,規(guī)定電容器支路中電流方向向左為正方向,下列說法正確的是( ?。?/span>A.圖(b)是開關(guān)S先置于1時(shí)的圖像,圖(c)是開關(guān)S置于1足夠長(zhǎng)時(shí)間后再置于2后的圖像B.圖(b)中a=3.0V,圖(c)中圖線與坐標(biāo)軸圍成的面積等于1.5×10-3CC.圖(b)中的t1和圖(c)中的t2相等D.若開關(guān)S先置于1足夠長(zhǎng)時(shí)間后再置于2,經(jīng)過0.1s電容器放電完畢,則流過定值電阻R2的平均電流為15mA【答案】ABD【詳解】A.開關(guān)接1時(shí),電容器處于充電過程,電壓逐漸增大,開關(guān)接2時(shí),電容器處于放電過程,電流逐漸減小,則圖(b)是開關(guān)S先置于1時(shí)的圖像,圖(c)是開關(guān)S置于1足夠長(zhǎng)時(shí)間后再置于2后的圖像所以A正確;B.充電時(shí)電容器兩極板的最大電壓等于電源電動(dòng)勢(shì)則圖(b)中a=3.0V。放電時(shí),電容器所儲(chǔ)存的電荷量為根據(jù)所以圖(c)中圖線與坐標(biāo)軸圍成的面積等于1.5×10-3C,則B正確C.由于電容器的充放電時(shí)間不同,所以C錯(cuò)誤;D.若開關(guān)S先置于1足夠長(zhǎng)時(shí)間后再置于2,經(jīng)過0.1s電容器放電完畢,則有則流過定值電阻R2的平均電流為15mA,所以D正確;故選ABD四、P-V圖像線下面積的應(yīng)用10.如圖所示,一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A依次經(jīng)過狀態(tài)B、CD后再回到狀態(tài)A,其中ABCD為等溫過程,BCDA為絕熱過程,這就是熱機(jī)的卡諾循環(huán),則(  )ABC過程氣體壓強(qiáng)減小僅是因?yàn)闅怏w分子的數(shù)密度減小BBC過程速率大的分子比例在增加CBC過程氣體對(duì)外做功大于DA過程外界對(duì)氣體做功DCD過程放出的熱量小于AB過程吸收的熱量【答案】D【詳解】A.由于BC過程為絕熱過程(),由圖知?dú)怏w體積增大,氣體對(duì)外做功(),根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知,氣體內(nèi)能減小,則溫度降低,氣體分子平均動(dòng)能減小,根據(jù)氣體壓強(qiáng)的微觀解釋可知,氣體壓強(qiáng)減小不僅是因?yàn)闅怏w分子的數(shù)密度減小,還因?yàn)闅怏w分子平均動(dòng)能也減小了所共同引起的,故A錯(cuò)誤;B.由選項(xiàng)A分析可知,BC過程中氣體的溫度降低,氣體分子平均動(dòng)能減小,則速率大的分子比例在減小,故B錯(cuò)誤;C.由于AB為等溫過程,所以氣體在A狀態(tài)的內(nèi)能等于B狀態(tài)的內(nèi)能,由于BCDA為絕熱過程,根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知,BC過程氣體對(duì)外做功等于DA過程外界對(duì)氣體做功,故C錯(cuò)誤;D.由圖知?dú)怏w在CD過程等溫壓縮,內(nèi)能不變,根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知,氣體放熱;氣體AB過程等溫膨脹,內(nèi)能不變,根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知,氣體吸熱;由于圖像與坐標(biāo)軸圍成的面積表示氣體做的功,由圖像可知,一個(gè)卡諾循環(huán)中,氣體對(duì)外做的功大于外界對(duì)氣體所做的功,即,由于一個(gè)卡諾循環(huán)氣體的內(nèi)能不變,即,根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知,則一個(gè)卡諾循環(huán)中氣體吸收的熱量,即CD過程放出的熱量小于AB過程吸收的熱量,故D正確。故選D11.如圖所示,一定質(zhì)量的理想氣體經(jīng)歷A→B-→C→A的過程,已知?dú)怏w在狀態(tài)A時(shí)的溫度為300 K,且1atm=1.0×105Pa,下列說法正確的是(  )A.在狀態(tài)B,氣體的溫度為300 K B.在狀態(tài)C,氣體的內(nèi)能最大C.過程A→B,氣體對(duì)外做功7.5×104JD.過程C→A,單位時(shí)間撞出容器壁上單位面積的分子數(shù)可能不變【答案】C【詳解】A.由圖可知,氣體在A狀態(tài)時(shí),,,,B狀態(tài)時(shí),,由理想氣體狀態(tài)方程解得A錯(cuò)誤;B.由理想氣體狀態(tài)方程可知,圖的面積反映溫度的高低,可知狀態(tài)B的面積最大,即溫度最高,而由理想氣體的內(nèi)能為則一定質(zhì)量的理想氣體由溫度決定, 故B狀態(tài)的溫度最高,故B錯(cuò)誤;C.由圖中圖線與坐標(biāo)軸圍成的面積表示氣體與外界之間的做功,有因理想氣體的體積變大,故氣體對(duì)外做功為,故C正確;D.過程C→A為等壓壓縮,溫度降低,由因溫度降低,則每個(gè)分子的平均壓力變小,而壓強(qiáng)不變,則單位時(shí)間單位面積撞擊的分子數(shù)變多,故D錯(cuò)誤。故選C。12.一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a開始,經(jīng)ab、bcca三個(gè)過程后回到初始狀態(tài)a,其pV圖像如圖所示。已知三個(gè)狀態(tài)的坐標(biāo)分別為aV0,p0)、b3V0,p0)、c3V0,5p0),下列說法正確的是( ?。?A.在ab過程中,氣體溫度逐漸升高B.在bc過程中,氣體向外界放熱C.在ca過程中,外界對(duì)氣體做的功小于氣體向外界放出的熱量D.氣體在ca過程中的內(nèi)能減少量小于氣體在bc過程中的內(nèi)能增加量E.氣體在abca一個(gè)循環(huán)過程中對(duì)外界放出的熱量為【答案】ACE【詳解】A.在ab過程中,氣體壓強(qiáng)不變,根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程可知,當(dāng)體積V增大時(shí),溫度T增大,所以ab過程氣體溫度逐漸升高,故A正確;Bbc過程氣體做等容變化,氣體和外界沒有做功關(guān)系,根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程可知,當(dāng)壓強(qiáng)p增大時(shí),溫度T增大,氣體內(nèi)能增加,再根據(jù)可知,氣體吸收熱量。故B錯(cuò)誤;C.在ca過程中,由理想氣體狀態(tài)方程可得可得ca過程,氣體溫度降低,內(nèi)能減少,即又由ca過程,體積減小,外界對(duì)氣體做功,即根據(jù)可知C正確;D.設(shè)a狀態(tài)時(shí)的溫度為,由理想氣體狀態(tài)方程可得解得,ca過程溫度降低了,bc過程溫度升高了,故ca過程中的內(nèi)能減少量大于氣體在bc過程中的內(nèi)能增加量,故D錯(cuò)誤;E.在p-V圖像中,圖線與坐標(biāo)軸圍成的面積代表做功,故ab過程中氣體對(duì)外做功為,bc過程中氣體對(duì)外做功為0ca過程中外界對(duì)氣體做功為梯形面積,故abca一個(gè)循環(huán)過程中外界對(duì)氣體做了的功,而abca一個(gè)循環(huán)過程中,溫度不變,內(nèi)能不變,則一個(gè)循環(huán)過程中需放熱,故E正確。故選ACE。  
 

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