圖象在高中物理教學中的運用窺探

錢麗華

運用物理圖象研究物理問題，具有直觀形象，簡明清晰的特點.其反映的物理規(guī)律易被學生理解與掌握.在整個高中物理教材中涉及眾多圖象問題，物理圖象在物理教學中起著至關重要的作用.基于此，筆者結合多年教學實踐經驗，淺析對物理圖象教學的理解及體會，拋磚引玉，以期為高中物理圖象教學提供新思路.

一、物理圖象的應用

1.物理圖象能正確反映物體運動的規(guī)律，根據圖象能直接得到各有關物理量的值.如運動學中的“v-t”圖象能明確反映質點在不同時間內的運動規(guī)律.根據圖象直接讀出不同時刻的速度“v”值，通過簡單計算可求出加速度“a”及時間t內的位移“x”.

2.物理圖象能形象，直觀地描述物理現(xiàn)象.如在研究電場時，用電場線描述電荷之間存在一種看不見，摸不著的特殊物質，即電場，使無形的東西變?yōu)橛行蔚奈镔|，易以學生掌握.

3.運用物理圖象能容易驗證某些物理定律.如在驗證牛頓第二定律實驗中，通過做出“a-F”和“a-1/m”的圖象是一條過原點的直線，能得到a∝F和a∝1/m，從而驗證該定律.

4.運用物理圖象能較為正確的測定物理量的值，減小實驗誤差.如在研究勻變速直線運動中，通過做出“v-t”圖象能較為正確地測定加速度a的值，從而避免某些明顯錯誤數(shù)據給實驗結果產生的影響.

5.運用物理圖象有利于研究某些物理規(guī)律，如做出輸出功率與外電路電阻關系的“P-R”圖象，很容易得出：當Rr時，隨著R的增大，P反而在減小；只有當R=r時，電源的輸出功率達到最大值.

6.應用圖象有利于實驗誤差分析，如在測電源電動勢E和內阻r的實驗中，因電流表和電壓表存在內阻，對實驗結果產生影響.做出路端電壓和電流關系的“U-I”圖象（如圖1所示，其中實線為由實驗測量數(shù)據做出的圖線，虛線為考慮電表內阻時實驗數(shù)據的修正圖線），從圖象中很容易得出：當電流表內接時，E測圖1 二、物理圖象的教學策略

在教學中，首先，使學生理解和熟悉物理圖象，其次，指導學生正確做出物理圖象的方法，最后，引導學生運用圖象分析和研究有關問題，培養(yǎng)學生運用這一工具解決物理問題的能力.

1.使學生正確理解函數(shù)圖象的物理意義

高一學生接觸的圖象多以數(shù)學方面的圖象為主，物理圖象很少，因此，學生往往單純的從數(shù)學視角去認識圖象，缺乏對圖象物理意義的理解.如圖2所示，“x-t”圖象中，學生往往把圖象看成質點在該平面內的運動軌跡，其中把AB段當作是質點在水平方向上運動等錯誤觀點.針對高一新生的特點，強調物理圖象與數(shù)學圖象的區(qū)別，指出物理圖象的坐標軸明確的物理意義，在“x-t”圖象中，線段反映的是質點在不同時間

圖2的位移情況.圖中AB線段表示物體靜止，通過講解、提問、練習等方式，使學生逐步理解圖象的物理意義.在圖象作業(yè)中，有許多學生不標明物理量的符號，單位刻度值等問題，教師應向學生指出物理圖象具體的物理量、物體的運動規(guī)律和相關物理量在數(shù)值、單位上的相關聯(lián)系，區(qū)別于數(shù)學純數(shù)值計算，從而培養(yǎng)學生對圖象物理意義的理解能力.

2.要講清物理量之間的函數(shù)關系，使學生能正確的做出物理圖象

在學生實驗中，利用實驗數(shù)據做出相應的物理圖象時，有些學生機械地把坐標系中的點用折線連接，以為這些線段就是要做的圖象，這時，教師要引導學生分析這兩個物理量之間的關系，運用數(shù)學知識判斷圖象的形狀，從而正確做出物理圖象，如利用“U-I”圖象求電源的電動勢E和電源內阻r的學生實驗中，先分析由U=E-Ir可知，U與I為線性關系，在U軸上的截距為E，在I軸上的截距為E/r的一條直線，弄清兩者關系，使所有的點盡可能地落在這條直線上.通過分析，使學生既能正確做出圖象，又能從圖象中快捷而正確的得出結論.

3.要深化對圖象的物理意義的理解，使學生重視圖象學習

物理圖象能正確反映物理規(guī)律，對圖象分析及討論，還可以獲得新的物理知識.如運動學中的“v-t”圖象，圖象在某一點的斜率表示質點在該點運動時的加速度，故斜率越大，加速度就越大.如研究小燈泡的伏安特性曲線（“I-U”圖象），圖象的斜率為1/R，故斜率越大，電阻反而越小.又如電場中的電場線，線的疏密程度反映了電場強度的大小，電場線的切線方向即為電場強度的方向，通過類似的例子使學生深化對圖象的理解，使學生重視物理圖象的學習.

4.引導學生利用物理圖象分析問題，培養(yǎng)學生利用圖象解題的能力.

如現(xiàn)有一汽車以恒定功率啟動，4 min中行駛了1800 m，求4 min末的速度是否為15 m/s？

在解題過程中，我們發(fā)現(xiàn)汽車做的并不是勻變速直線運動，無

圖3法直接用公式求解，此時可借助“v-t”圖象求解.由于汽車以恒定功率發(fā)動，牽引力逐漸減小，合外力減小，加速度減小，圖象為一向下彎曲的曲線，由于 v-t圖象所包圍面積的數(shù)值等于位移，此時可畫出一條勻變速的輔助線（如圖3所示），若為勻變速則有x=vt/2，v=2x/t=15 m/s，然后借助勻變速和變加速圖象比較，同時保證兩圖象下面積相等，可得速度小于15 m/s.通過公式法和圖象法兩種解題思路的分析，使學生認識到運用圖象解題的優(yōu)點，使學生養(yǎng)成使用圖象解題的習慣.

5.注意相關物理圖象中的相互轉換，提高學生對圖象的熟練運用能力

如在研究氣體性質這部分內容時，根據一定質量氣體的狀態(tài)變化可做出三種圖象“p-V”，“p-T”，“V-T”，在教學中注意從一種圖象出發(fā)，要求學生做出另外兩種相應圖象，并用圖象分析物理過程，求出相關物理量.在波動圖象中，已知某一時刻的波形圖象，要求學生作出波向左傳播，經Δt時間的波形圖象；如果波向右傳播，經Δt時間波形圖象.已知質點的振動圖象和機械波傳播速度，做出時刻t的波形圖象，通過這些訓練，使學生能熟練掌握圖象間的相互轉換.總之，物理圖象直觀，明了的特點，有利于學生把抽象的物理知識轉化為具體的形象的物質，有利于學生對知識的理解與掌握，有利于學生能力的培養(yǎng)，提高了學生利用數(shù)學工具解決物理問題的能力.利用圖象處理物理問題是學習物理的一種重要方法，因此，在物理教學中應重視物理圖象教學.

（收稿日期：2015-11-26）