淺談在高中物理教學(xué)中圖象法的作用

王洋

摘要：本文著重介紹一種直觀有效解決物理問題的方法--圖象法，從圖象的"形" 、"線" 、"面" 、"點(diǎn)"四層次所含物理意義入手，闡述圖像法在高中物理中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞："圖象法"；軸；斜率；截距；面積；轉(zhuǎn)折點(diǎn)

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1672-1578（2016）07-0296-01

1.方法介紹

物理規(guī)律可以用文字來描述，也可以用數(shù)學(xué)函數(shù)式來表示，還可以用圖象來描述。利用圖象描述物理規(guī)律、解決物理問題的方法稱之為圖象法。物理圖象有很多類型，如模型圖、受力分析圖、過程分析圖、矢量合成分解圖、函數(shù)圖象等。圖象具有形象、直觀、動態(tài)變化過程清晰等特點(diǎn)，能使物理問題簡化明了。

2.高中物理涉及的物理圖象類型

高中物理常涉及到的圖像有：受力分析圖、矢量合成分解圖、物理過程分析圖，常規(guī)函數(shù)圖象有：V（速度）-t（時(shí)間）圖象、S（位移）-t（時(shí)間）圖象、a（加速度）-F（力）圖象、a（加速度）-1/m（質(zhì)量倒數(shù)）圖象、振動圖象、波動圖象、P（壓強(qiáng)）-T（溫度）圖象、V（體積）-T（溫度）圖象、P（壓強(qiáng)）-V（體積）圖象、U端（路端電壓）-I（電流）圖象、i（電流）-t（時(shí)間）圖象、u（電壓）-t（時(shí)間）圖象等。從圖象形狀看，有直線型、正弦、余弦曲線型、雙曲線型、拋物線型和其他型等；從圖象的層次看，有"點(diǎn)"、"線"、"面"、"形"四個(gè)不同的層次。

3.圖象的各個(gè)層次的物理意義

圖象的物理意義主要通過"點(diǎn)"、"線"、"面"、"形"四個(gè)方面來體現(xiàn)，教學(xué)中應(yīng)從這四方面入手，予以明確。

3.1 物理圖象中"形"的物理意義："形"：指圖象的形狀。由圖線的形狀結(jié)合其斜率找出其中隱含的物理意義。例如在V-t圖象中，如果是一條與時(shí)間軸平行的直線，說明物體做勻速直線運(yùn)動；若是一條斜的直線，說明物體做勻變速直線運(yùn)動；若是一條曲線，則可根據(jù)其斜率變化情況，判斷加速度的變化情況。在波的圖象中，可通過微小的平移能夠判斷出各質(zhì)點(diǎn)在該時(shí)刻的振動方向；在研究小電珠兩端的電壓U與電流I關(guān)系時(shí)，通過實(shí)驗(yàn)測出在不同電壓下通過小電珠的電流，作出U-I圖線，得到的是一條曲線，通過對圖線斜率的分析可得出：在實(shí)際情況下，小電珠的電阻隨著溫度的變化而發(fā)生了變化。

3.2 物理圖象中"線"的物理意義："線"：主要指圖象的直線或曲線的切線，其斜率通常具有明確的物理意義。物理圖象的斜率代表兩個(gè)物理量增量之比值，其大小往往代表另一物理量值.如S-t圖象的斜率為速度，V-t圖象的斜率為加速度、Φ-t圖象的斜率為感應(yīng)電動勢、U-I圖象的斜率為負(fù)載的電阻等。

3.3 物理圖象中"面"的物理意義："面"：是指圖線與坐標(biāo)軸所圍的面積。有些物理圖象的圖線與橫軸所圍的面積的值常代表另一個(gè)物理量的大小.學(xué)習(xí)圖象時(shí)，有意識地利用求面積的方法，計(jì)算有關(guān)問題，可使有些物理問題的解答變得簡便，如V-t圖象中所圍面積代表位移，F(xiàn)-S圖象中所圍面積為力做的功，P-V圖象中所圍面積為氣體壓強(qiáng)做的功。S-（1/V）圖象與1/V軸所圍的面積代表時(shí)間等。

3.4 物理圖象中"點(diǎn)"的物理意義："點(diǎn)"是認(rèn)識圖象的基礎(chǔ)。物理圖象上的"點(diǎn)"代表某一物理狀態(tài)，它包含著該物理狀態(tài)的特征和特性。從"點(diǎn)"著手分析時(shí)應(yīng)注意從以下幾個(gè)特殊"點(diǎn)"入手分析其物理意義。

⑴截距點(diǎn)。它反映了當(dāng)一個(gè)物理量為零時(shí)，另一個(gè)物理的值是多少，也就是說明確表明了研究對象的一個(gè)狀態(tài)。如圖3中，圖象與縱軸的交點(diǎn)反映出當(dāng)I=0時(shí)，U=E即電源的電動勢；而圖象與橫軸的交點(diǎn)反映出電源的短路電流。

⑵交點(diǎn)。即圖線與圖線相交的點(diǎn)，它反映了兩個(gè)不同的研究對象此時(shí)有相同的物理量。如圖4中的P點(diǎn)表示甲、乙物體運(yùn)動位移相同的時(shí)刻和位移。

⑶極值點(diǎn)。它可表明該點(diǎn)附近物理量的變化趨勢。如圖5中的D點(diǎn)表明當(dāng)電流等于E/（2r）時(shí)，電源有最大的輸出功率。

⑷拐點(diǎn)。通常反映出物理過程在該點(diǎn)發(fā)生突變，物理量由量變到質(zhì)變的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。拐點(diǎn)分明拐點(diǎn)和暗拐點(diǎn)，對明拐點(diǎn)，學(xué)生能一眼看出其物理量發(fā)生了突變。如圖6中的P點(diǎn)反映了加速度方向發(fā)生了變化而不是速度方向發(fā)生了變化。而暗拐點(diǎn)，學(xué)生往往察覺不到物理量的突變。如圖7中P點(diǎn)看起來是一條直線，實(shí)際上在該點(diǎn)速度方向發(fā)生了變化。

4.圖象應(yīng)用的注意事項(xiàng)：

為使學(xué)生能正確理解圖象法在高中物理中的應(yīng)用，我們在平時(shí)的圖象教學(xué)中應(yīng)特別注意以下幾點(diǎn)：

4.1 首先必須搞清楚縱軸和橫軸所代表的物理量，明確要描述的是哪兩個(gè)物理量之間的關(guān)系。如辨析簡諧運(yùn)動和簡諧波的圖象，就是根據(jù)坐標(biāo)軸所表示的物理量不同進(jìn)行區(qū)別的。

4.2 其次要認(rèn)識圖線并不表示物體實(shí)際運(yùn)動的軌跡。如勻速直線運(yùn)動的S-t圖象是一條斜向上的直線，但物體實(shí)際運(yùn)動的軌跡可能是水平的，并不是向上爬坡。

4.3 最后要從物理意義上去認(rèn)識圖象。由圖象的形狀應(yīng)能看出物理過程的特征，特別要關(guān)注截距、斜率、圖線所圍面積、兩圖線交點(diǎn)等。很多情況下，寫出物理量的解析式與圖象進(jìn)行對照，將有助于對圖象物理意義的理解。

通過長期的訓(xùn)練，使學(xué)生能正確利用圖象解決問題，開拓了思路，提高了能力。當(dāng)然在應(yīng)用圖象法解決物理問題的過程中。并非要削弱解析法的應(yīng)用。在物理教學(xué)中應(yīng)提倡解析法與圖象法的有機(jī)結(jié)合。這是因?yàn)閿?shù)與形是反映事物間關(guān)系的兩種不同形式，但數(shù)與形又是統(tǒng)一的，它們都可以用來描述物理變化的規(guī)律。兩種形式之間是可以相互補(bǔ)充、相互轉(zhuǎn)化的，數(shù)缺形時(shí)少直觀；形少數(shù)時(shí)難入微?？傊畧D象法是解決物理問題的一種重要手段，我們在平時(shí)的教學(xué)中要善于培養(yǎng)學(xué)生識圖、建圖、用圖的能力，努力提高學(xué)生的基本素質(zhì)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 趙文軍 《建圖在物理教學(xué)中的運(yùn)用》 中學(xué)物理教學(xué)參考第29卷第5期

[2] 張亮《建立物理模型 尋求解題關(guān)鍵》 中學(xué)物理教學(xué)參考第29卷第9期