圖象在高中物理教學(xué)中的運用窺探

錢麗華

運用物理圖象研究物理問題，具有直觀形象，簡明清晰的特點.其反映的物理規(guī)律易被學(xué)生理解與掌握.在整個高中物理教材中涉及眾多圖象問題，物理圖象在物理教學(xué)中起著至關(guān)重要的作用.基于此，筆者結(jié)合多年教學(xué)實踐經(jīng)驗，淺析對物理圖象教學(xué)的理解及體會，拋磚引玉，以期為高中物理圖象教學(xué)提供新思路.

一、物理圖象的應(yīng)用

1.物理圖象能正確反映物體運動的規(guī)律，根據(jù)圖象能直接得到各有關(guān)物理量的值.如運動學(xué)中的“v-t”圖象能明確反映質(zhì)點在不同時間內(nèi)的運動規(guī)律.根據(jù)圖象直接讀出不同時刻的速度“v”值，通過簡單計算可求出加速度“a”及時間t內(nèi)的位移“x”.

2.物理圖象能形象，直觀地描述物理現(xiàn)象.如在研究電場時，用電場線描述電荷之間存在一種看不見，摸不著的特殊物質(zhì)，即電場，使無形的東西變?yōu)橛行蔚奈镔|(zhì)，易以學(xué)生掌握.

3.運用物理圖象能容易驗證某些物理定律.如在驗證牛頓第二定律實驗中，通過做出“a-F”和“a-1/m”的圖象是一條過原點的直線，能得到a∝F和a∝1/m，從而驗證該定律.

4.運用物理圖象能較為正確的測定物理量的值，減小實驗誤差.如在研究勻變速直線運動中，通過做出“v-t”圖象能較為正確地測定加速度a的值，從而避免某些明顯錯誤數(shù)據(jù)給實驗結(jié)果產(chǎn)生的影響.

5.運用物理圖象有利于研究某些物理規(guī)律，如做出輸出功率與外電路電阻關(guān)系的“P-R”圖象，很容易得出：當(dāng)Rr時，隨著R的增大，P反而在減??；只有當(dāng)R=r時，電源的輸出功率達到最大值.

6.應(yīng)用圖象有利于實驗誤差分析，如在測電源電動勢E和內(nèi)阻r的實驗中，因電流表和電壓表存在內(nèi)阻，對實驗結(jié)果產(chǎn)生影響.做出路端電壓和電流關(guān)系的“U-I”圖象（如圖1所示，其中實線為由實驗測量數(shù)據(jù)做出的圖線，虛線為考慮電表內(nèi)阻時實驗數(shù)據(jù)的修正圖線），從圖象中很容易得出：當(dāng)電流表內(nèi)接時，E測圖1 二、物理圖象的教學(xué)策略

在教學(xué)中，首先，使學(xué)生理解和熟悉物理圖象，其次，指導(dǎo)學(xué)生正確做出物理圖象的方法，最后，引導(dǎo)學(xué)生運用圖象分析和研究有關(guān)問題，培養(yǎng)學(xué)生運用這一工具解決物理問題的能力.

1.使學(xué)生正確理解函數(shù)圖象的物理意義

高一學(xué)生接觸的圖象多以數(shù)學(xué)方面的圖象為主，物理圖象很少，因此，學(xué)生往往單純的從數(shù)學(xué)視角去認識圖象，缺乏對圖象物理意義的理解.如圖2所示，“x-t”圖象中，學(xué)生往往把圖象看成質(zhì)點在該平面內(nèi)的運動軌跡，其中把AB段當(dāng)作是質(zhì)點在水平方向上運動等錯誤觀點.針對高一新生的特點，強調(diào)物理圖象與數(shù)學(xué)圖象的區(qū)別，指出物理圖象的坐標(biāo)軸明確的物理意義，在“x-t”圖象中，線段反映的是質(zhì)點在不同時間

圖2的位移情況.圖中AB線段表示物體靜止，通過講解、提問、練習(xí)等方式，使學(xué)生逐步理解圖象的物理意義.在圖象作業(yè)中，有許多學(xué)生不標(biāo)明物理量的符號，單位刻度值等問題，教師應(yīng)向?qū)W生指出物理圖象具體的物理量、物體的運動規(guī)律和相關(guān)物理量在數(shù)值、單位上的相關(guān)聯(lián)系，區(qū)別于數(shù)學(xué)純數(shù)值計算，從而培養(yǎng)學(xué)生對圖象物理意義的理解能力.

2.要講清物理量之間的函數(shù)關(guān)系，使學(xué)生能正確的做出物理圖象

在學(xué)生實驗中，利用實驗數(shù)據(jù)做出相應(yīng)的物理圖象時，有些學(xué)生機械地把坐標(biāo)系中的點用折線連接，以為這些線段就是要做的圖象，這時，教師要引導(dǎo)學(xué)生分析這兩個物理量之間的關(guān)系，運用數(shù)學(xué)知識判斷圖象的形狀，從而正確做出物理圖象，如利用“U-I”圖象求電源的電動勢E和電源內(nèi)阻r的學(xué)生實驗中，先分析由U=E-Ir可知，U與I為線性關(guān)系，在U軸上的截距為E，在I軸上的截距為E/r的一條直線，弄清兩者關(guān)系，使所有的點盡可能地落在這條直線上.通過分析，使學(xué)生既能正確做出圖象，又能從圖象中快捷而正確的得出結(jié)論.

3.要深化對圖象的物理意義的理解，使學(xué)生重視圖象學(xué)習(xí)

物理圖象能正確反映物理規(guī)律，對圖象分析及討論，還可以獲得新的物理知識.如運動學(xué)中的“v-t”圖象，圖象在某一點的斜率表示質(zhì)點在該點運動時的加速度，故斜率越大，加速度就越大.如研究小燈泡的伏安特性曲線（“I-U”圖象），圖象的斜率為1/R，故斜率越大，電阻反而越小.又如電場中的電場線，線的疏密程度反映了電場強度的大小，電場線的切線方向即為電場強度的方向，通過類似的例子使學(xué)生深化對圖象的理解，使學(xué)生重視物理圖象的學(xué)習(xí).

4.引導(dǎo)學(xué)生利用物理圖象分析問題，培養(yǎng)學(xué)生利用圖象解題的能力.

如現(xiàn)有一汽車以恒定功率啟動，4 min中行駛了1800 m，求4 min末的速度是否為15 m/s？

在解題過程中，我們發(fā)現(xiàn)汽車做的并不是勻變速直線運動，無

圖3法直接用公式求解，此時可借助“v-t”圖象求解.由于汽車以恒定功率發(fā)動，牽引力逐漸減小，合外力減小，加速度減小，圖象為一向下彎曲的曲線，由于 v-t圖象所包圍面積的數(shù)值等于位移，此時可畫出一條勻變速的輔助線（如圖3所示），若為勻變速則有x=vt/2，v=2x/t=15 m/s，然后借助勻變速和變加速圖象比較，同時保證兩圖象下面積相等，可得速度小于15 m/s.通過公式法和圖象法兩種解題思路的分析，使學(xué)生認識到運用圖象解題的優(yōu)點，使學(xué)生養(yǎng)成使用圖象解題的習(xí)慣.

5.注意相關(guān)物理圖象中的相互轉(zhuǎn)換，提高學(xué)生對圖象的熟練運用能力

如在研究氣體性質(zhì)這部分內(nèi)容時，根據(jù)一定質(zhì)量氣體的狀態(tài)變化可做出三種圖象“p-V”，“p-T”，“V-T”，在教學(xué)中注意從一種圖象出發(fā)，要求學(xué)生做出另外兩種相應(yīng)圖象，并用圖象分析物理過程，求出相關(guān)物理量.在波動圖象中，已知某一時刻的波形圖象，要求學(xué)生作出波向左傳播，經(jīng)Δt時間的波形圖象；如果波向右傳播，經(jīng)Δt時間波形圖象.已知質(zhì)點的振動圖象和機械波傳播速度，做出時刻t的波形圖象，通過這些訓(xùn)練，使學(xué)生能熟練掌握圖象間的相互轉(zhuǎn)換.總之，物理圖象直觀，明了的特點，有利于學(xué)生把抽象的物理知識轉(zhuǎn)化為具體的形象的物質(zhì)，有利于學(xué)生對知識的理解與掌握，有利于學(xué)生能力的培養(yǎng)，提高了學(xué)生利用數(shù)學(xué)工具解決物理問題的能力.利用圖象處理物理問題是學(xué)習(xí)物理的一種重要方法，因此，在物理教學(xué)中應(yīng)重視物理圖象教學(xué).

（收稿日期：2015-11-26）