挖掘圖像信息 解決物理圖像問題

摘 要：圖像是物理問題的重要組成部分，也是解答物理問題的常見方法，對于高中學生而言，如何把數學的函數以及對應的圖像應用到物理思維學習和解題中來，是一個值得我們老師關注的問題，本文從圖像信息方面，淺談如何挖掘圖像信息以及對應有關的數學函數，用幾個例子闡述如何獲取圖像信息進行解題，提高解決有關物理圖像問題的能力。

關鍵詞：物理圖像問題；數學函數；有效解答

在高中的物理教學和解答物理問題中，要接觸大量有關圖像的信息，幾乎每一知識板塊都會涉及圖像信息，也會接觸到大量有關物理圖像的問題。高中物理問題的表述常見有三種：一是文字語言，文字描述便于理解，但不簡潔，題目所占篇幅會比較大，文字閱讀量大；二是函數語言，數學函數描述精練、嚴謹，但不形象、直觀，對學生數學知識要求較高；三是圖像語言，圖像語言能形象、直觀地描述物理量間的關系，反映物理規律，但對學生看圖提取信息能力提出較高要求。物理問題經常要涉及這三種表達方式，圖像語言、函數語言和文字語言構成表達物理過程與物理量關系的三種表達方式，要求學生能把它們與物理情景進行相互轉換，才能快速解答物理問題。

高中物理試題對于圖像的應用大致可以分為下面幾類情況：

（1）由圖像給信息，需要觀察和分析圖像，從圖像中獲取必要的信息，與物理情景進行相互結合從而解答。這一類是最常見的，幾乎每年高考試題都出現。

（2）題目沒有對應圖像，需要通過題目情景自己畫圖或自己通過數學函數推導畫出圖像才能解答題目。

（3）試題給一種圖像，需要結合物理知識和規律畫出另一種圖像。

（4）實驗中，為了減小誤差，經常采用圖像法處理數據。

近幾年高考說明中對圖像問題的要求是“能夠運用幾何圖形、函數圖像解決物理問題”、“能對物理規律、狀態和過程在理解的基礎上用合適的圖像表示出來，會用圖像來處理物理問題”。縱觀這幾年全國高考試卷，各地高考試題中圖像問題出現頻率較高，許多圖像試題的設計意圖明顯由“對狀態的判斷”轉化為“注重對過程的理解和處理、注重對實驗數據的分析及得出結論、注重用數形結合的推理、分析”。可以感覺到：“從對圖像意義的理解到根據圖像獲取信息的能力”的要求越來越高。所以，我們在平時的教學過程中，要有意識培養學生的讀圖能力，能讀懂圖，獲取圖像信息，會用圖，能解答物理有關圖像問題。

能否正確理解圖像含義并挖掘這些圖像中的信息與發揮其功能，決定著學生能否正確、快速地解決物理圖像問題。在教學過程中，要幫助學生建立對圖像的充分理解，通過圖像推斷出物理意義和物理情景，能將函數圖像與函數方程聯系起來，進一步獲取全面的信息。處理圖像問題的關鍵是搞清楚圖像所揭示的物理規律或物理量間的函數關系，對圖像的“軸”、“線”、“點”、“斜率”、“截距”、“面”等進行分析，弄清它們所表示的實際物理意義。

（1）“軸”描述的是哪兩個物理量之間的關系，是它們函數關系式的體現。

（2）“線”代表縱軸物理量隨橫軸物理量變化的過程和規律。如vt圖像描述物體運動速度與時間變化關系，傾斜直線則表示物體做勻變速直線運動；UI圖像表示路端電壓隨電路電流減小而減小，且成線性關系。

（3）“點”圖像的每個點對應研究對象的一個狀態，圖像的“起點”、“終點”、“交點”、“拐點”等往往對應一個特殊的狀態，分析這些特殊點往往可以找到解決問題的條件，根據物理量關系建立方程，解決問題。例如st圖兩線的交點表示兩物體相遇，UI圖表示電源接外阻時的工作狀態。

（4）“斜率”表示橫、縱坐標軸兩物理量的比值，常有一個重要的物理量與之對應。如xt圖像表示速度大小，vt圖像表示加速度大小，UI圖像表示電阻大小。

（5）“截距”是圖線與兩坐標軸的交點所代表的坐標值，該數值具有一定的物理意義，常通過函數關系來確定。

（6）“面積”圖線與坐標軸圍成的面積與某一過程的物理量相對應，例如vt圖線與橫坐標軸包圍的面積表示位移，at圖線與橫坐標軸包圍的面積表示在對應時間內速度的變化量，Fs 圖像中面積表示功的大小。

例如恒定電流中關于閉合電路的UI圖像（如圖所示），從中我們可以得到什么呢？

從該圖像中我們能獲知電源路端電壓隨回路電流增大而減小，可知電源電動勢（縱軸截距）、短路電流（橫軸截距）、電源內阻大小（斜率大小），能知道不同工作狀態下外電阻大小（OB斜率）、電源的輸出功率（OCBD面積）等。

可見，通過一個圖像，能給我們提供大量的信息，我們要抓住圖像相關的信息，才能有效解題，在平時的教學中，要挖掘這一方面的練習加強學生看圖，解答圖像問題的能力。

蘇霍姆林斯基說過“教會學生把題‘畫出來，其用意就在于保證由具體思維向抽象思維的過渡”。由文字到圖像的思維跨度非常大，同樣，由圖像信息轉化成物理情景需要更高的思維能力，需要教師在教學上和解答問題上對學生加以指導，在平時的教學和練習中，幫助學生建立“要作出一個確定的物理圖像，需要得到相關的函數關系式”的習慣。在平時練習中，要學生養成看圖釋義、審題畫圖的習慣，不斷訓練學生的物理形象思維和邏輯思維能力，從而提高學生解決圖像問題的能力，應用圖像解決物理問題的能力。

參考文獻：

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作者簡介：

何玉香，廣東省廣州市，廣州市協和中學。endprint