淺析圖象分析法在高中物理力學解題中的應用

汪家磊

摘 要：圖像分析法是指將高中物理知識中的抽象問題形象化、具現(xiàn)化的方法，高中生利用該方法解決物理力學問題，能夠從整體上理解兩個物理量之間的定量或定性關(guān)系。本文主要闡述圖象分析法在高中物理重力學、彈力學和摩擦力學中的應用，希望可以幫助高中生找到解決物理力學難題的突破點，有效提高物理成績。

關(guān)鍵詞：圖象分析法;重力;彈力;摩擦力

當高中生利用圖像分析法解決物理力學難題時，需要從圖像橫縱坐標的物理意義尋找解題思路，比如圖像中的線、點、截距、斜率、面積等。高中生利用圖像分析法分析、解決物理力學問題，能夠在提高解題速度的基礎(chǔ)上保證準確率，不僅可以有效避免復雜易錯的計算過程，還可以解決一些計算無法解決的問題。

一、圖象分析法在重力學中的應用

高中物理力學中指出改變物體運動狀態(tài)，促使物體產(chǎn)生形變的相互作用力是力，力是矢量，既有大小又有方向;重力的概念是指物體因受到地球吸引而發(fā)生狀態(tài)改變的力，重力公式為G=mg（g=9.8N/kg），它的方向為垂直向下。高中物理重力學中包含許多概念性和定理性內(nèi)容，大多數(shù)重力學問題都是基于這些概念和定義展開，如果高中生在學習重力學知識時，不能將基礎(chǔ)概念內(nèi)化，在解題時就會出現(xiàn)概念定理混淆的問題，導致解題思路偏差，影響最終結(jié)果的準確性。圖像分析法能夠幫助高中生將物理力學的抽象知識點轉(zhuǎn)化為形象圖像，對提高理解能力與分析能力具有積極影響。

例如，“世界跳高歷史在100年內(nèi)發(fā)生了五次變革，順序依次是跨越式、剪式、滾式、俯臥式和背越式，背越式是當前的最新跳高姿勢，圖1是跨越式、俯臥式和背越式的跳高姿勢示意圖，問在姿勢變化的過程中重力發(fā)生了什么變化。”

根據(jù)圖片分析，我們可以得知，運動員采用不同的跳高姿勢，其重心距離橫桿的距離各不相同，跨域式跳高姿勢的重心距離橫桿大約有幾十厘米的距離，俯臥式與背越式的重心相對較低，背越式的重心甚至可以處于橫桿下方。由于“重心越低，垂直重力方向的力臂越短，對同一物體重力產(chǎn)生的力矩不變，同一物體邊緣的支持力越大”，所以降低重心高度可以增加物體的穩(wěn)定度重心越低表示重力力矩越小，運動員的姿勢越平穩(wěn)。

二、圖象分析法在彈力學中的應用

高中物理中彈力的定義是指當發(fā)生彈性形變的物體在恢復原狀時，與之接觸的物體所產(chǎn)生的力;由定義可以得出彈力產(chǎn)生的條件有兩個，一個是物體相互接觸，另一個是物體發(fā)生彈性形變;彈力的學習重點是“彈力產(chǎn)生條件”和“彈力的方向判定”。高中生在解決彈力學問題時，需要仔細讀題，認真分析彈力圖像信息，找出彈力問題關(guān)鍵點，提高解題準確性。彈力知識與日常生活現(xiàn)象具有較多的聯(lián)系，高中生在解決彈力問題時，需要具備較強的邏輯思維與抽象思維，在無法理解書面問題時，高中生可以利用圖象分析法，將圖像與知識點、生活現(xiàn)象結(jié)合，從而獲得更多解題思路。

例如，“在水平面光滑的桌面上平放兩個彈簧，將彈簧乙的一端掛在墻上，彈簧甲與彈簧乙相互勾連，如圖2所示，當在彈簧甲的右端掛鉤上施加100N的水平拉力時，彈簧甲與彈簧乙分別承受（）力？選項A.100N;0，選項B.100N;100N，選項C.0;100N，選項D.200N;100N”

由題可以畫出彈簧甲與彈簧乙的受力分析圖，如圖3和圖4所示：

對彈簧甲和彈簧乙分別進行受力分析，彈簧讀數(shù)與彈簧所受到的拉力相等，在研究某一彈簧時，可以將另一彈簧視為等效細繩。由于彈簧甲與彈簧乙都出現(xiàn)長度改變，所以彈簧受到的力不可能是0，因此選項A與選項C錯誤;彈簧甲和彈簧乙的掛鉤端僅承受100N的拉力，所以最大拉力不會超過100N，選項D錯誤;在研究彈簧甲受力時，若彈簧乙為等效細繩，那么可以說彈簧甲處于靜止狀態(tài)，所以承受拉力大小為100N，在研究彈簧乙時，可以將彈簧甲視為等效細繩，得出彈簧乙承受拉力大小為100N，所以選項B正確。

三、圖象分析法在摩擦力中的應用

摩擦力是高中物理力學的重要內(nèi)容，高中生在學習摩擦力時，不能以偏概全，要掌握每一個基礎(chǔ)知識，最好形成力學系統(tǒng)知識框架圖，避免在解決摩擦力問題時，因記憶模糊導致解題思路不正確，影響最終結(jié)果的準確性。高中生在學習摩擦力時，可以結(jié)合生活中的物理現(xiàn)象理解知識點，例如在學習“影響摩擦力的因素”時，我們可以利用自行車剎車現(xiàn)象思考是什么原因令自行車停止運動，究其原因可以發(fā)現(xiàn)在自行車剎車時，自行車轱轆的鋼圈與膠皮墊產(chǎn)生摩擦力，對車輪的轉(zhuǎn)動施加壓力，輪胎與地面之間所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動摩擦力在此時轉(zhuǎn)變成滑動摩擦力，在多種因素影響下，自行車才停止運動。

例如，“將一個質(zhì)量是20kg、長度為5米的木板放在水平面上，木板與水平面之間的動摩擦因數(shù)為0.15;將某質(zhì)量為10kg的小木塊，以每秒4米的速度從木板左端水平拋射到木板上，動摩擦因數(shù)為0.4，本題中最大靜摩擦力近似等于滑動摩擦力，請問木板是否滑動？”

根據(jù)題面，我們可以畫出木板與小木塊的摩擦示意圖，如圖5所示：

由圖5可以畫出小木塊和木板的受力分析圖，如圖6所示：

由圖可以分析得出，小木塊對木板的摩擦力為f1=動摩擦因數(shù)×質(zhì)量×g（g=9.8N/kg）=0.4×10×9.8=39.2N，地面對木板的摩擦力f2=動摩擦因數(shù)×（木板質(zhì)量+小木塊質(zhì)量×g（g=9.8））=0.4×（20+10×9.8）=47.2N。由于f1<f2，所以木板一定靜止不動，此題應該選擇A。

綜上所述，圖象分析法可以應用到物理力學的多個分支內(nèi)容中，重力學、彈力學和摩擦力學是高中物理力學的主要組成部分，具有一定的解題難度。高中生若是利用圖像分析法解決上述力學問題，便可以將抽象的物理問題轉(zhuǎn)化成具象的物理圖像，能夠幫助高中生提高解題速度和解題準確率，有利于提高學習質(zhì)量。

參考文獻：

[1]周潤霖.淺談如何從生活現(xiàn)象中學習高中物理力學概念[J].數(shù)字通信世界，2018（06）：253.