1、浅谈高中物理的图像教学 摘 要：新课程改革以来，物理图像在高考中的考查频率升高。因此，对高中物理的图像进行收集，总结规律，找出运用图像解决物理问题的一般方法，对高中物理图像教学有重大意义。 关键词：高中物理；物理图像；图像意义；图像教学建议 高中物理图像是用来形象描述物体的物理过程、运动过程和物理的基本规律的工具，是应用数学知识解决物理实际问题的一个重要应用，物理图像能清楚地把一个物理问题的多个相关过程同时展现出来，给我们分析清楚物理问题带来直观、清晰的物理图景，既能帮助学生对相关的物理概念和规律的理解和记忆，也能帮助学生正确地掌握相关物理量间的定性关系和定量关系，因而题目经常出现通过图像求解
2、实际的物理问题。在物理学的研究和学习中，图像被广泛地采用，而利用图像解题也成为解物理题的一种典型方法。笔者连续两年进行高三的教学，分析了近三年的高考试题，图像在新课程改革后的高考试卷中年年出现。在教学中发现，学生对图像总是不能很好地解读，以致在考试中丢分太多。现将笔者在教学中的图像问题总结如下。 一、运动学中的物理图像 高中物理运动学中的物理图像主要有x-t、v-t、a-t。 （一）x-t图像 1.物理意义：反映了做直线运动的物体位移随时间变化的规律。 2.两种特殊的x-t图像 （1）若x-t图像是一条倾斜的直线，说明物体做匀速直线运动。 （2）若x-t图像是一条平行于时间轴的直线，说明物体处
3、于静止状态。 3.x-t图像中的“点”“线”“斜率”“截距”的意义 （二）v-t图像 1.图像的意义 反映了物体做直线运动的速度跟随时间如何变化的规律。 2.两种特殊的v-t图像 （1）如果v-t图像是一条与时间轴平行的直线，说明这个物体做匀速直线运动。 （2）如果v-t图像是一条倾斜的直线，有截距，说明这个物体做匀变速直线运动。 3.v-t图像中的“点”“线”“斜率”“截距”“面积”的意义 （三）应用运动图像的三点注意 （1）无论是x-t图像、v-t图像还是a-t图像都只能描述直线运动。 （2）x-t图像和v-t图像都不表示物体运动的轨迹。 （3）x-t图像、v-t图像和a-t图像的形状由x
4、与t、v与t、a与t的函数关系决定。 （四）三类运动图像对比 （五）由v-t图像可以求得四个运动过程中的物理量 （1）物体运动的速度：从图像纵轴即表示速度的轴上直接可以读出。 （2）物体的运动时间：从表示时间的轴上直接读出对应的时刻，通过计算找到运动时间。 （3）物体运动加速度：从图线的斜率找到加速度，加速度的大小等于斜率的大小，斜率的正负反映了加速度的方向。 （4）物体运动的位移：图线与时间轴围成的面积的大小表示位移，时间轴上方的面积表示位移为正，时间轴下方的面积表示位移为负。 （六）运用运动学图像解决实际问题 1.利用v-t图像解决追及相遇问题 利用v-t图像解决追及相遇问题时，应根据题目
5、的已知条件将两物体的v-t图像画在同一图中，两条图线的交点对应两物体速度相同的时刻，这是分析物体是否相撞的关键点；两图线与t轴所围面积之差为相对位移，与t=0时两物体间距比较可判断两物体是否相撞。 2.用F-x图像求变力功 在机械能一章中，F-x图像中，图线与x轴所围“面积”的代数和表示力F在发生这段位移过程中所做的功，且位于x轴上方的“面积”为正，做功为正功；位于x轴下方的“面积”为负，做功为负功。但是这种方法只适用于可以求图线所围面积的情况，不能解决普遍的问题。 【典例】放在地面上的木块与一根轻弹簧相连，弹簧处于自由伸长的状态。现用手水平拉弹簧，拉力的作用点移动x1=0.2 m时，木块开始
6、运动，继续拉弹簧，木块缓慢移动了x2=0.4 m的位移，其F-x图像如图1所示，求上述过程中拉力所做的功。 二、电学中的物理图像 （一）-x图像 【典例】两电荷量分别为q1和q2的点电荷放在x轴上的O、M两点，两电荷连线上各点电势随x的变化关系如图2所示，其中A、N两点的电势均为零，ND段中的C点电势最高，则 （ ） A.N点的电场强度大小为零 B.A点的电场强度大小为零 C.NC间场强方向指向x轴正方向 D.将一负点电荷从N点移到D点，电场力先做正功后做负功 【解析】选D。A、N点的电势等于零，电场强度大小不为零，场强大小等于过A、N的切线的斜率，因此选项A、B错误；从N到C电势升高，NC间
7、场强方向指向x轴负方向，选项C错误；从N到C电势升高，从C到D电势降低，将一负点电荷从N点移到C点，电场力做正功，从C点到D点，电场力做负功，选项D正确。 （二）伏安特性曲线 2.图像的斜率表示电阻的倒数，斜率越大，电阻越小，因此可知Ra 3.伏安特性曲线上每一点的电压坐标与电流坐标的比值表示对应这一状态下的电阻。特别注意：在曲线上某点切线的斜率不表示电阻的倒数。 【典例】如图4所示为小灯泡通电后其电流I随所加电压U变化的图线，P是图线上一点，PN为图线过P点的切线，PQ为U轴的垂线，PM为I轴的垂线。则下列说法中正确的是（ ） A.随着所加电压的增大，小灯泡的电阻增大 D.对应P点，小灯泡的
8、功率为图中矩形PQOM所围的面积 （三）路端电压跟电流的关系（这是恒定电流中的一个重要关系） 1.关系式：U=E-Ir（闭合电路欧姆定律的表示方法之一）。 2.以上的关系式用图像表示如下图所示，其中图像上纵轴截距为电动势，横轴截距为短路电流（电源被短路时的电流），斜率的绝对值表示电源的内阻。 3.P出与外电阻R的关系： 4.路端电压跟电流的关系图像（U=E-Ir）在实验数据处理中的运用，如图5所示： 5.用图像法处理由于电压表和电流表内阻影响电路而导致的实验误差。 （1）如图6甲所示，在理论上E=U+（IV+IA）r，其中电压表示数U是表示准确的电源两端电压。而实验中忽略了流过电压表的电流IV
9、而产生了误差，而且电压表示数越大，IV越大，误差越大。 （2）若采用如图7甲所示的电路，IA为电源电流真实值，理论上来看E=U+UA+IAr，其中UA不能测出，会造成误差，而且电流表的示数越大，UA越大，当电流为零时，UA=0，电压为准确值，等于E。 结论： 测出的电源电动势E为真实值。 短路电流的情况是I短测 三、解决物理图像问题的基本方法及教学策略 在高中物理图像的教学过程中，应引导学生根据以下方法解决图像问题。 1.观察题目给出的图像，弄清纵坐标、横坐标所对应的物理量及图线所表示的物理意义。 2.根据物理规律推导纵坐标和横坐标所对应的物理量间的函数关系式，结合图像找出图线的斜率、截距、交
10、点、图线下的面积所对应的物理意义。 3.根据对应关系列式解答问题。 高中物理图像的教学是一项重要的教学任务，随着新课程改革的进程，图像教学结合实际运用能考查学生的综合能力，在物理教学中必须要建立并逐渐完善地对图像教学的深入研究，所以教师在平时的教学中，要注意突出图像特点，帮助学生建立对图像的全面认识，并且要结合实际问题的运用，达到深入理解学习的目的。图像法解决物理问题是经典物理学中的一块不可缺少的基石，因此，教师在平时教学中注重图像法的教学具有重要的实际意义。 参考文献： 1侯拾清，温井坤，林立功.2015新课标高考总复习：三维设计M.光明日报出版社，2014. 2许冬保，赵乃虎.剖析应用图像面积求物理量时的一个隐蔽性错误J.中学物理教学参考，2014（11）：26.第 7 页 共 7 页
