畫出物理知識(shí)新高度

張永桃

摘 要：在高中物理教學(xué)當(dāng)中，運(yùn)用的方法越來越多，而作圖法是至關(guān)重要的一種方法，運(yùn)用作圖法能夠突破物理知識(shí)的瓶頸，提升解題能力與學(xué)習(xí)效率。從運(yùn)用作圖法解決運(yùn)動(dòng)學(xué)方面的問題和運(yùn)用作圖法解決微元法方面的問題這兩個(gè)方面探究了作圖法在解決高中物理知識(shí)問題上的運(yùn)用。

關(guān)鍵詞：高中物理；知識(shí)；作圖法；突破；運(yùn)動(dòng)學(xué)；微元法

歷年物理高考題當(dāng)中必不可少的便是圖象問題，出現(xiàn)的形式多種多樣，有選擇題或者大題；然而，這些試題通常只對受教育者的讀圖與分析圖的能力進(jìn)行考查，即便是要求作圖也僅僅是簡單地描點(diǎn)連線，所以多數(shù)受教育者在解題的過程當(dāng)中，通常缺少運(yùn)用作圖法解決問題的意識(shí)與能力。物理知識(shí)雖然能夠運(yùn)用公式解答，可面對相對復(fù)雜的問題的時(shí)候，不僅耗時(shí)長還容易出錯(cuò)，若是能夠運(yùn)用作圖法，便能夠快速找到思路，對所學(xué)知識(shí)有所突破。

一、運(yùn)用作圖法解決運(yùn)動(dòng)學(xué)方面的問題

1.運(yùn)用作圖法簡化運(yùn)算

例如：小紅乘坐北京某大樓的快速電梯，從最底下的樓層到達(dá)第119層的天臺(tái)僅僅耗時(shí)55s，如果電梯先做勻加速運(yùn)動(dòng)，加速度為a1，達(dá)到最大速度18m/s，接著用最大的速度做勻速運(yùn)動(dòng)，最終做勻減速運(yùn)動(dòng)，用加速度a2，正好到達(dá)天臺(tái)，假如將天臺(tái)的高度設(shè)定為549m，求電梯勻速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間。

解析：先運(yùn)用基本的物理公式對這道題進(jìn)行解答，將勻速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間設(shè)為t3，那么所需的加速度公式為：

a1t1=18m/s

a2t2=18m/s

t1+t2+t3=55s

根據(jù)速度位移得到公式：

9×（t1+t2）+18×t3=549m

然而，這樣一來五個(gè)未知數(shù)僅有四個(gè)方程，肯定是沒有解的，惟有把t1+t2作為整體考慮才可以將t3解出?？墒沁@種方法相對比較復(fù)雜，耗時(shí)過長。如果先將電梯的運(yùn)動(dòng)圖作出來，如下圖所示，那么根據(jù)圖象便能夠直觀看出梯形的高、下底與面積是題中給出的，而梯形的面積也就是運(yùn)動(dòng)的高度，就是549m，如此一來，運(yùn)用作圖法便很容易地解出了t3，也就是上底。

549=18×（55×t3）×

t3=6s

2.運(yùn)用作圖法分析運(yùn)動(dòng)情況

例如：在一個(gè)平滑的水平桌面上，有一塊木塊處于靜止?fàn)顟B(tài)，一支槍沿著水平方向，一前一后地將兩顆質(zhì)量和速度都一樣的子彈發(fā)出去，兩顆子彈在穿越木塊的時(shí)候，位置不同；假設(shè)兩顆子彈在穿過木塊的時(shí)候，所受到的阻力是不變而且是一樣的，重力與空氣阻力的影響不計(jì)，請?jiān)囍鴮ψ訌椗c木塊的運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行分析。

分析：若想對子彈與木塊的運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行分析，倘若僅僅運(yùn)用基本的物理公式，便需運(yùn)用很多次動(dòng)量守恒定律，而且還需要對系統(tǒng)與個(gè)體進(jìn)行逐步分析，這種方式不容易精準(zhǔn)地分析出結(jié)果。這個(gè)時(shí)候，如果畫出v-t圖，如下圖所示，那么便很容易地分析出結(jié)果了。

圖中很明顯地可以看出線段Od是木塊第一次做加速運(yùn)動(dòng)的過程，ab是第一顆子彈做減速運(yùn)動(dòng)的過程，梯形Oabd的面積就是木塊的長度。因?yàn)槟緣K同子彈之間的摩擦力是不發(fā)生變化的，也就是ab的斜率是不變的，那么同樣的道理，可以得出ef是木塊第二次做加速運(yùn)動(dòng)的過程，ab′是第二顆子彈做減速運(yùn)動(dòng)的過程，梯形aefb′的面積就是木塊的長度，由于木塊長度沒有發(fā)生改變，所以兩個(gè)梯形的面積肯定是相同的。如此一來，便能夠分析出第二顆子彈穿過木塊的用時(shí)更長，減少的動(dòng)能和動(dòng)量相對更多。

由此見得，運(yùn)用作圖法作出的圖象同單純的文字計(jì)算相比，顯得更加直觀，特別是針對那些繁復(fù)的變速運(yùn)動(dòng)以及多種物體運(yùn)動(dòng)等問題。倘若僅僅拘泥于固定的思維，很不容易將物體的運(yùn)動(dòng)情況準(zhǔn)確地分析出來，而作圖法能夠幫助受教育者展開清晰的思考，運(yùn)算起來更加簡便。

二、運(yùn)用作圖法解決微元法方面的問題

從本質(zhì)上來說，作圖法與微元法之間有很多相通的地方，微元法是指瞬間所改變的量，在圖象中的體現(xiàn)便是斜率；與此同時(shí)，微元法最后的疊加演算的表示也能夠用圖象中的面積，在解題過程中的步驟基本上是：第一步找到所求物理量的瞬間表達(dá)式，接著將當(dāng)中的變量提取出來，最終運(yùn)用作圖法根據(jù)面積進(jìn)行解答。

例如：如上圖所示，一個(gè)光滑的金屬導(dǎo)軌MON于一個(gè)水平面上固定，其頂角為90度，導(dǎo)軌MO、NO具有相同的長度，M、N兩點(diǎn)之間的距離l=2m，這一系列裝備處在勻強(qiáng)磁場之中，磁感應(yīng)的強(qiáng)度大小為B=0.5T，方向?yàn)樨Q直往下，一根粗細(xì)勻稱、單位長度電阻值r=0.5Ω/m的導(dǎo)體棒在垂直于棒的水平拉力作用當(dāng)中，在MN點(diǎn)用v=2m/s的速度沿著導(dǎo)軌方向往右進(jìn)行勻速運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，導(dǎo)體棒始終同導(dǎo)軌保持良好的接觸，忽略導(dǎo)軌的R，試求出導(dǎo)體棒在經(jīng)過金屬導(dǎo)軌這一系列過程當(dāng)中所產(chǎn)生的焦耳熱是多少。

解析：一般來說，這道題可運(yùn)用焦耳熱的相關(guān)公式進(jìn)行解答，即Q=I2Rt，顯而易見，這是R隨時(shí)間進(jìn)行變化的情形，計(jì)算的過程中需運(yùn)用微元法，若是運(yùn)用作圖法進(jìn)行解題便能夠省去很多的步驟，不僅耗時(shí)短而且準(zhǔn)確率更高。

第一步，將Q的瞬時(shí)表達(dá)式求出：

Q=I2Rt==×Δt×l

l=2-2x（x是水平方向運(yùn)動(dòng)的距離）

Q總=∑=∑×Δt×l

下一步，運(yùn)用作圖法作出以下圖象，可以得出∑l×Δt是：

2m×0.5s×0.5=0.5m·s

再將其代進(jìn)去，得出Q=1J

綜上所述，作圖法在高中物理教學(xué)當(dāng)中發(fā)揮著極其重要的作用，運(yùn)用作圖法，有助于學(xué)生對物理知識(shí)更深入地學(xué)習(xí)與更透徹地掌握，在實(shí)際的高中物理教學(xué)當(dāng)中，廣大教育者應(yīng)當(dāng)將作圖法有效地與所授物理知識(shí)相結(jié)合，引導(dǎo)受教育者在解決物理問題的過程當(dāng)中能夠合理地運(yùn)用作圖法，從而令教學(xué)成效以及受教育者對物理知識(shí)的掌握運(yùn)用情況得以顯著提升。

參考文獻(xiàn)：

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？誗編輯 張珍珍endprint