例析初中物理圖像題的解題策略

楊 鏈

(烏魯木齊市第九十八中學(xué),新疆 烏魯木齊 831400)

物理作為一門重要學(xué)科,其研究內(nèi)容主要以“兩個(gè)量、多個(gè)量相互關(guān)系”為主,而圖表法、圖像法等手段的運(yùn)用,可以實(shí)現(xiàn)對這些關(guān)系的有效表示[1].為幫助初中生更好地理解和應(yīng)用物理圖像,提高物理圖像問題的解題效率,突破物理圖像的學(xué)習(xí)難點(diǎn),文章將通過典型例題分析圖像問題的解題策略.

1 點(diǎn)段分析,再現(xiàn)情境

點(diǎn)段分析主要是指逐個(gè)分析圖像關(guān)鍵點(diǎn)、關(guān)鍵段,從而獲得有用的物理信息.再現(xiàn)情境主要是指學(xué)生通過運(yùn)用擬人的方式,對物理實(shí)驗(yàn)中的物體進(jìn)行有效模擬,然后,采用串聯(lián)物理信息的方式,達(dá)到再現(xiàn)實(shí)驗(yàn)情境的目的,為后期解決物理問題提供重要的依據(jù)和參考[2].

例1小紅同學(xué)加熱冰塊,將冰塊融化為水,水加熱后沸騰過程繪制成如圖1所示的溫度隨時(shí)間變化的圖像.下列說法正確的是( )

圖1 溫度隨時(shí)間變化的圖像

A.水沸騰后,水溫度一直維持100 ℃,這表明處于沸騰狀態(tài)的水不會(huì)出現(xiàn)吸熱現(xiàn)象

B.冰在整個(gè)融化過程,溫度始終保持不變

C.與水相比,冰的升溫比較快,這表明冰的比熱容相對較小

D.圖中DE段主要代表冰的熔化過程

在求解這道物理圖像題時(shí),教師可以引導(dǎo)學(xué)生分析四個(gè)關(guān)鍵段所傳遞的重要信息.學(xué)生經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn):AB段,隨著加熱時(shí)間不斷推移,在冰塊吸熱狀態(tài)下,溫度始終保持不變,冰塊開始出現(xiàn)熔化現(xiàn)象,此時(shí),固液態(tài)共存,整個(gè)熔化過程所花費(fèi)時(shí)間為6 min,熔點(diǎn)為0 ℃,最終呈現(xiàn)為液態(tài);CD段,隨著加熱時(shí)間不斷推移,水會(huì)吸走大量的熱量,此時(shí)溫度呈現(xiàn)出不斷增加的趨勢;DE段,隨著加熱時(shí)間不斷推移,水會(huì)吸走大量的熱量,并進(jìn)入沸騰狀態(tài),溫度始終保持不變,并呈現(xiàn)出液態(tài),整個(gè)沸騰過程花費(fèi)6 min,沸點(diǎn)達(dá)到100 ℃.學(xué)生通過分析關(guān)鍵點(diǎn)、關(guān)鍵段,采用擬人化方式,串聯(lián)整個(gè)試驗(yàn)過程,然后,采用排除法,得到最終正確答案為C.

最后,引導(dǎo)學(xué)生思考C答案正確原因,學(xué)生經(jīng)過思考后,做出以下解釋:加熱冰升高40 ℃,用了2 min,這表明,每分鐘可以升高20 ℃;水從0 ℃變成沸騰狀態(tài)用了6 min,這表明每分鐘升高16 ℃,所以,冰與水相比,冰的升溫速度相對較快,因此,冰的比熱容相對較小.

2 數(shù)理結(jié)合,圖像串燒

初中生已經(jīng)重點(diǎn)學(xué)習(xí)和掌握函數(shù)正比例、反比例、二次函數(shù)等數(shù)學(xué)知識(shí),因此,物理教師要引導(dǎo)學(xué)生利用初中數(shù)學(xué)知識(shí)解答物理圖像題,培養(yǎng)學(xué)生熟練運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)解決物理問題的能力[3].

例2 將甲、乙兩種不同物質(zhì)的質(zhì)量(m)與體積(V)關(guān)系圖像表示為如圖2所示,下列說法正確的是( ).

圖2 甲乙兩種物質(zhì)的質(zhì)量與體積關(guān)系圖像

A.當(dāng)兩種物質(zhì)的體積相同時(shí),甲物質(zhì)的質(zhì)量相對較大

B.當(dāng)兩種物質(zhì)的質(zhì)量相同時(shí),乙物質(zhì)的體積相對較大

C.與乙物質(zhì)相比,甲物質(zhì)的密度相對較大

D.乙物質(zhì)的密度為1.25×103kg/m3

在求解這道物理圖像題時(shí),教師引導(dǎo)學(xué)生回憶同一物質(zhì)質(zhì)量與體積之間的關(guān)系,然后,提出問題:哪個(gè)學(xué)生可以站起來解釋這四個(gè)選項(xiàng)的對錯(cuò)?在教師的鼓勵(lì)下,學(xué)生回答:首先,采用垂線法,向橫軸引出一條垂線,通過圖像截取并確保兩種物質(zhì)的體積相同;然后,對比甲乙質(zhì)量值,經(jīng)過對比,發(fā)現(xiàn)甲物質(zhì)的質(zhì)量小,說明選項(xiàng)A錯(cuò)誤.同理,使用相同方法,向縱軸引出一條垂線,通過圖像截取并確保甲乙兩種物質(zhì)的質(zhì)量相同,對比甲乙兩種物質(zhì)的體積值,經(jīng)過對比,發(fā)現(xiàn)乙物質(zhì)體積小,所以選項(xiàng)B錯(cuò)誤.接著,在前兩項(xiàng)分析的基礎(chǔ)上,運(yùn)用密度計(jì)算公式,可以得出甲物質(zhì)的密度較小,所以,選項(xiàng)C錯(cuò)誤.最后,在乙圖像上,選取某一交叉點(diǎn),該交叉點(diǎn)的縱坐標(biāo)與橫坐標(biāo)的比值就是乙物質(zhì)的密度值,并對最終結(jié)果進(jìn)行單位換算,得出D選項(xiàng)正確.本題當(dāng)中,甲乙兩物質(zhì)的質(zhì)量與體積的圖像實(shí)際就是數(shù)學(xué)當(dāng)中的正比例函數(shù)圖像,數(shù)學(xué)當(dāng)中的斜率即與物質(zhì)的密度相對應(yīng),所以通過比較圖像的斜率也可快速得出兩種物質(zhì)密度的大小關(guān)系.

3 趨勢分析,預(yù)測結(jié)果

目前,物理圖像題除了涉及到定量計(jì)算題外,還涉及到定性表述題,定性表述題需要學(xué)生學(xué)會(huì)分析圖像趨勢[4].但是,大部分學(xué)生在求解這種類型物理圖像題時(shí),往往比較困難,這是由于部分選型表述類似,并無明顯區(qū)別,一不小心就會(huì)落入命題者的陷阱之中.

例3一小石塊從某一位置自由下落,如果忽視空氣阻力,小石塊整個(gè)落地過程所對應(yīng)的勢能(Ep)隨著時(shí)間(t)變化圖像可能是圖3中的哪一個(gè)圖像.

圖3 小石塊的重力勢能隨著時(shí)間變化圖像

教師引導(dǎo)學(xué)生回憶重力勢能的影響因素,考慮到小石頭自由下落,如果忽視空氣阻力,會(huì)產(chǎn)生怎樣的運(yùn)動(dòng)形式.學(xué)生經(jīng)過分析,發(fā)現(xiàn)在相同時(shí)間內(nèi),小石頭下落的高度呈現(xiàn)出逐漸增加的趨勢,所以重力勢能隨著時(shí)間的推移不斷減小,而且減小的越來越快,選項(xiàng)C正確.這道題分析的關(guān)鍵是要清楚小石頭下落時(shí),速度越來越大,相同時(shí)間內(nèi)下落的高度越來越大,進(jìn)而得出重力勢能隨著時(shí)間的變化趨勢.

4 尋找關(guān)聯(lián)量,破解選拔性試題

為培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立自主學(xué)習(xí)能力,教師要引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)構(gòu)建相應(yīng)的知識(shí)體系.而這一目標(biāo)是實(shí)現(xiàn),需要教師引導(dǎo)和鼓勵(lì)學(xué)生通過自身的認(rèn)知,發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用新知識(shí).對于這類復(fù)雜的圖像問題,需要通過尋找圖像中的關(guān)聯(lián)量,進(jìn)而破解選拔性試題.

例4 在電磁鐵外軸線中,為研究影響其磁感應(yīng)強(qiáng)度值的因素,某同學(xué)設(shè)計(jì)如圖4所示的電路圖.

圖4 電路圖

圖甲所用到的電源電壓值為 6 V,磁感應(yīng)電阻用R表示,磁感應(yīng)電阻在不同磁感應(yīng)強(qiáng)度下阻值的變化曲線如圖5所示.此時(shí),斷開圖乙的S2開關(guān),閉合圖甲的S1開關(guān),電流表讀數(shù)為多少mA.

圖5 磁感應(yīng)電阻在不同磁感應(yīng)強(qiáng)度下變化曲線

教師引導(dǎo)學(xué)生審題,找到“磁感應(yīng)強(qiáng)度”這一新物理量,盡管學(xué)生對該新物理量比較陌生,但是,通過分析圖像,不難發(fā)現(xiàn)磁感應(yīng)強(qiáng)度這一新物理量會(huì)影響磁感應(yīng)電阻的阻值,它們存在關(guān)聯(lián).學(xué)生在求解該題目時(shí),說出以下求解思路:首先,要想求出電流表的讀數(shù),應(yīng)計(jì)算出電壓、電阻值,已知電壓為6 V,此時(shí),需要求解出電阻值,經(jīng)過審題后,發(fā)現(xiàn)S2開關(guān)是斷開的,接著通過觀察圖4,不難發(fā)現(xiàn)電磁鐵不存在磁性,這說明磁感應(yīng)強(qiáng)度為0,通過讀圖發(fā)現(xiàn),磁感應(yīng)電阻阻值為100 Ω,所以,最終答案為60 mA.

綜上所述,為提高初中物理圖像問題的教學(xué)水平,教師要在全面分析圖線的基礎(chǔ)上,引導(dǎo)初中生學(xué)會(huì)分析和觀察圖線特點(diǎn),并從圖像題中提取關(guān)鍵信息,培養(yǎng)抽象思維能力,提高靈活運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)解決物理問題能力,同時(shí)提高物理圖像問題的解題效率.