淺談在高中物理教學中圖象法的作用

王洋

摘要：本文著重介紹一種直觀有效解決物理問題的方法--圖象法，從圖象的"形" 、"線" 、"面" 、"點"四層次所含物理意義入手，闡述圖像法在高中物理中的應用。

關鍵詞：“圖象法”；軸；斜率；截距；面積；轉折點中圖分類號：G633.7文獻標識碼：B文章編號：1672-1578（2016）08-0277-011.方法介紹

物理規律可以用文字來描述，也可以用數學函數式來表示，還可以用圖象來描述。利用圖象描述物理規律、解決物理問題的方法稱之為圖象法。物理圖象有很多類型，如模型圖、受力分析圖、過程分析圖、矢量合成分解圖、函數圖象等。圖象具有形象、直觀、動態變化過程清晰等特點，能使物理問題簡化明了。

2.高中物理涉及的物理圖象類型

高中物理常涉及到的圖像有：受力分析圖、矢量合成分解圖、物理過程分析圖，常規函數圖象有：V（速度）-t（時間）圖象、S（位移）-t（時間）圖象、a（加速度）-F（力）圖象、a（加速度）-1/m（質量倒數）圖象、振動圖象、波動圖象、P（壓強）-T（溫度）圖象、V（體積）-T（溫度）圖象、P（壓強）-V（體積）圖象、U端（路端電壓）-I（電流）圖象、i（電流）-t（時間）圖象、u（電壓）-t（時間）圖象等。從圖象形狀看，有直線型、正弦、余弦曲線型、雙曲線型、拋物線型和其他型等；從圖象的層次看，有"點"、"線"、"面"、"形"四個不同的層次。

3.圖象的各個層次的物理意義

圖象的物理意義主要通過"點"、"線"、"面"、"形"四個方面來體現，教學中應從這四方面入手，予以明確。

3.1物理圖象中"形"的物理意義："形"：指圖象的形狀。由圖線的形狀結合其斜率找出其中隱含的物理意義。例如在V-t圖象中，如果是一條與時間軸平行的直線，說明物體做勻速直線運動；若是一條斜的直線，說明物體做勻變速直線運動；若是一條曲線，則可根據其斜率變化情況，判斷加速度的變化情況。在波的圖象中，可通過微小的平移能夠判斷出各質點在該時刻的振動方向；在研究小電珠兩端的電壓U與電流I關系時，通過實驗測出在不同電壓下通過小電珠的電流，作出U-I圖線，得到的是一條曲線，通過對圖線斜率的分析可得出：在實際情況下，小電珠的電阻隨著溫度的變化而發生了變化。

3.2物理圖象中"線"的物理意義："線"：主要指圖象的直線或曲線的切線，其斜率通常具有明確的物理意義。物理圖象的斜率代表兩個物理量增量之比值，其大小往往代表另一物理量值.如S-t圖象的斜率為速度，V-t圖象的斜率為加速度、Φ-t圖象的斜率為感應電動勢、U-I圖象的斜率為負載的電阻等。

3.3物理圖象中"面"的物理意義："面"：是指圖線與坐標軸所圍的面積。有些物理圖象的圖線與橫軸所圍的面積的值常代表另一個物理量的大小.學習圖象時，有意識地利用求面積的方法，計算有關問題，可使有些物理問題的解答變得簡便，如V-t圖象中所圍面積代表位移，F-S圖象中所圍面積為力做的功，P-V圖象中所圍面積為氣體壓強做的功。S-（1/V）圖象與1/V軸所圍的面積代表時間等。

3.4物理圖象中"點"的物理意義："點"是認識圖象的基礎。物理圖象上的"點"代表某一物理狀態，它包含著該物理狀態的特征和特性。從"點"著手分析時應注意從以下幾個特殊"點"入手分析其物理意義 。

⑴截距點。它反映了當一個物理量為零時，另一個物理的值是多少，也就是說明確表明了研究對象的一個狀態。如圖3中，圖象與縱軸的交點反映出當I=0時，U=E即電源的電動勢；而圖象與橫軸的交點反映出電源的短路電流。

⑵交點。即圖線與圖線相交的點，它反映了兩個不同的研究對象此時有相同的物理量。如圖4中的P點表示甲、乙物體運動位移相同的時刻和位移。

⑶極值點。它可表明該點附近物理量的變化趨勢。如圖5中的D點表明當電流等于E/（2r）時，電源有最大的輸出功率。

⑷拐點。通常反映出物理過程在該點發生突變，物理量由量變到質變的轉折點。拐點分明拐點和暗拐點，對明拐點，學生能一眼看出其物理量發生了突變。如圖6中的P點反映了加速度方向發生了變化而不是速度方向發生了變化。而暗拐點，學生往往察覺不到物理量的突變。如圖7中P點看起來是一條直線，實際上在該點速度方向發生了變化。

4.圖象應用的注意事項

為使學生能正確理解圖象法在高中物理中的應用，我們在平時的圖象教學中應特別注意以下幾點：

4.1首先必須搞清楚縱軸和橫軸所代表的物理量，明確要描述的是哪兩個物理量之間的關系。如辨析簡諧運動和簡諧波的圖象，就是根據坐標軸所表示的物理量不同進行區別的。

4.2其次要認識圖線并不表示物體實際運動的軌跡。如勻速直線運動的S-t圖象是一條斜向上的直線，但物體實際運動的軌跡可能是水平的，并不是向上爬坡。

4.3最后要從物理意義上去認識圖象。由圖象的形狀應能看出物理過程的特征，特別要關注截距、斜率、圖線所圍面積、兩圖線交點等。很多情況下，寫出物理量的解析式與圖象進行對照，將有助于對圖象物理意義的理解。

通過長期的訓練，使學生能正確利用圖象解決問題，開拓了思路，提高了能力。當然在應用圖象法解決物理問題的過程中。并非要削弱解析法的應用。在物理教學中應提倡解析法與圖象法的有機結合。這是因為數與形是反映事物間關系的兩種不同形式，但數與形又是統一的，它們都可以用來描述物理變化的規律。兩種形式之間是可以相互補充、相互轉化的，數缺形時少直觀；形少數時難入微。總之圖象法是解決物理問題的一種重要手段，我們在平時的教學中要善于培養學生識圖、建圖、用圖的能力，努力提高學生的基本素質。

參考文獻：

[1]趙文軍 《建圖在物理教學中的運用》 中學物理教學參考第29卷第5期

[2]張亮 《建立物理模型 尋求解題關鍵》 中學物理教學參考第29卷第9期