高中物理中的圖像問題淺析

高中物理是一門較為抽象的學科，有些學生在學習過程中存在一定的困難，對物理概念和規(guī)律的理解、應用不到位。而物理中的概念、規(guī)律既可用文字來描述，也可用公式來表示，還可用圖像來表示。圖像問題是一種常見的題型和考查形式，近幾年，對物理概念規(guī)律的考查形式漸趨多樣化，而對圖像問題的深入學習可以更好地理解物理概念及規(guī)律的意義，巧妙解決圖像問題，常使問題化難為易、化繁為簡。通過了解高中物理中常見的圖像問題，掌握這些圖像的特點和分析方法，理清解題的思路，可以幫助我們提高思維深度，快速靈活解題。下面就高中物理中常見的圖像問題的物理含義及特點介紹，并通過例子了解圖像問題的分析方法。

一、高中物理中常見的圖像問題

高中物理中圖像問題是很多的，以下對一些常見的圖像物理含義及特點做一簡單分析。

（一）v-t圖像。描述速度隨時間的變化，根據(jù)v-t圖像的速度變化、斜率變化（即加速度），確定物體所受合力（加速度）的方向及大小變化情況，圖線與時間軸所圍面積表示位移。

（二）x-t圖像。描述物體的位置隨時間的變化，傾斜直線表示勻速直線運動；曲線表示變速直線運動，斜率表示速度；兩條圖線的交點表示相遇。

（三）a-t圖像。反映加速度隨時間的變化規(guī)律，斜率表示加速度隨時間的變化率；圖線與時間軸圍成的“面積”，反映對應時間內(nèi)的速度的變化量。

（四）E-x圖像。圖線反映電場強度隨x的變化情況；圖線與x軸所圍圖形“面積”表示電勢差。在與粒子運動相結合的題目中，可進一步確定粒子的電性、動能變化、電勢能變化等。

（五）φ-x圖像。在φ-x圖像中可以直接判斷各點電勢的大小，并可確定電場強度的方向；圖線的斜率表示電場強度的大小，電場強度為零處圖線存在極值，其切線斜率為零。

（六）B-t圖像。反映磁感應強度隨時間變化的規(guī)律；圖線切線斜率大小表示感應電動勢的大小，正負表示感應電動勢的方向。

（七）I-t圖像。圖像的斜率反映電流隨時間變化的快慢；圖線圍成圖形的面積，可以表示電荷量。

二、圖像的分析方法

一看“軸”：先要兩坐標軸所代表的物理量，即圖像是描述哪兩個物理量之間的關系。

二看“點”：如交點、拐點（轉(zhuǎn)折點）等，如x-t圖像的交點表示兩質(zhì)點相遇。

三看“線”：表示研究對象的變化過程和規(guī)律，如v-t圖像中圖線若為傾斜直線，則表示物體做勻變速直線運動。

四看“斜率”：表示縱、橫坐標兩物理量的比值，常有一個重要的物理量與之對應，用于定量計算對應物理量的大小和定性分析變化的快慢。如v-t圖像的斜率表示加速度。

五看“面積”：圖線與坐標軸所圍的面積常與某一表示過程的物理量相對應。如v-t圖線與t軸所圍的面積表示位移。

六看“截距”：表示橫坐標、縱坐標兩物理量在“邊界”條件下的大小，由此往往能得到一個很有意義的物理量。

三、圖像解題技巧、方法

（一）用函數(shù)思想分析圖像

圖像反映了兩個變量之間的函數(shù)關系，因此要用物理學公式推導出兩個物理量間的函數(shù)關系，來分析圖像的意義和變化規(guī)律。

（二）能判斷圖像反映的規(guī)律

能根據(jù)圖像反映的規(guī)律對應到實際過程中，又能將實際過程的具體規(guī)律對應到圖像中去，抓住解決圖像問題的根本。

案例" 如圖所示，電阻不計、間距為l的光滑平行金屬導軌水平放置于磁感應強度為B、方向豎直向下的勻強磁場中，導軌左端接一定值電阻R。質(zhì)量為m、電阻為r的金屬棒MN置于導軌上，受到垂直于金屬棒的水平外力F的作用由靜止開始運動，外力F與金屬棒速度v的關系是F=F0+kv（F0、k是常量），金屬棒與導軌始終垂直且接觸良好。金屬棒中感應電流為i，受到的安培力大小為FA，電阻R兩端的電壓為UR，感應電流的功率為P，它們隨時間t的變化圖像可能正確的有（ ）。

這是電磁感應中的圖像問題，涉及到四個圖像，要判斷圖像是否正確，可以通過分析金屬棒MN運動過程中的受力情況，推導出坐標軸表示的兩個物理量之間的函數(shù)關系進而分析。

金屬棒MN相當于電源，其感應電動勢E=Blv

感應電流I=[BlvR+r]，即I∝v

金屬所受安培力大小FA=BIl=[B2l2vR+r]，即FA∝v

電阻R兩端電壓UR=IR=[BlvR+r]R，即UR∝v

感應電流的功率P=IE=[B2l2R+r]v2， 即P∝v2

對金屬棒MN進行受力分析，F(xiàn)-FA=ma，即

F0+（k-[B2l2R+r]）v=ma，若k-[B2l2R+r]＞0，隨著v的增大，a也增大，棒做加速度增大的加速運動，選項B正確；若k-[B2l2R+r]＜0，隨著v的增大，而a減小，棒做加速度減小的加速運動，當a=0時，v達到最大，之后保持不變，選項C正確；若k-[B2l2R+r]=0，則a=[F0M]，棒做勻加速運動?？芍x項A和D均錯誤。

通過上面的分析，可以體會解決圖像問題的一般思路和方法。首先要搞清楚兩條坐標軸所表示的物理量，探索這兩個物理量之間的函數(shù)關系，進而觀察圖像的形狀是直線、曲線還是折線，明確圖像反映的物理意義；圖像上某點的斜率表示兩個物理量增量的比值，反映該點處一個量隨另一個量變化的快慢，看是否能表示某一個物理量；圖像與坐標軸所圍的面積常代表一個物理量，這個物理量往往就是橫、縱軸所表示的物理量的乘積的物理意義。如果同時有多條圖線要搞清楚圖線及坐標軸交點的物理意義，進一步建立物理圖像和物理情境的聯(lián)系，根據(jù)圖像，想象出圖像所呈現(xiàn)的物理現(xiàn)象、狀態(tài)、過程和變化的具體情境，真正理解圖像，從而順利解決問題。