圖象法應用于高中物理解題中的實踐

【摘要】本文旨在通過案例分析，深入探索如何將圖象法應用于高中物理的教學和問題解決中，從而幫助學生構建更加直觀且清晰的物理概念，并加強他們解決實際物理問題的能力.

【關鍵詞】圖象法；高中物理；解題教學

高中物理作為自然科學的一門重要學科，涉及許多抽象的物理現象和理論.在解題過程中，學生常常會遇到一些難以直觀理解的問題，對于這些問題如何有效地進行解析和解決成為了教學的重要挑戰之一[1].圖象法作為一種直觀、具體的解題方法，能夠幫助學生更好地理解和應用物理原理，解決實際問題.本文將從人教版高中物理教材的角度出發，結合實踐案例，探討圖象法在高中物理解題中的具體應用.通過深入研究圖象法在高中物理教學中的實踐意義，旨在為教師和學生提供一種全新的解題思路和方法，促進學生對物理知識的深入理解和應用[2].

1 圖象法的理論基礎

圖象法是高中物理解題中的一種方法，它通過將物理過程轉化為直觀圖象進行分析.依賴于幾何學原理來建立物理現象的圖象模型，圖象法通過可視化手段輔助理解和求解物理問題.在光學中，用于解釋光線在不同介質中的傳播行為；在力學中，通常應用于解決靜力學與動力學問題.這種方法將抽象的物理概念具象化，幫助學生更好地理解物理概念，增強對問題的直觀認識，減少解題過程中的認知負擔，有助于培養學生獨立思考和解決問題的能力.

2 圖象法的應用范疇

在高中物理中，圖象法在力學、電學和光學領域都有廣泛的應用.在動力學中，通過繪制位置-時間圖和速度-時間圖，學生可以直觀地理解物體運動的變化趨勢，幫助分析加速度、減速度等問題.在電學領域，圖象法在電路圖解析中起到重要作用，幫助學生更好地理解電流的流動路徑、電壓的變化情況以及電阻的作用.在光學領域，光路圖和影像分析是圖象法的重要應用之一，幫助學生更好地理解光線在反射、折射等光學現象中的路徑和變化規律，并分析凸透鏡和凹透鏡成像規律.圖象法通過可視化手段幫助學生更直觀地理解物理現象和問題，提高學習效率，并加深對物理知識的理解[3].

3 實際案例分析

例1 物體做直線運動的v-t圖象如圖所示，根據圖象提供的信息可知（ ）（多選）

（A）物體在前4秒的運動初始加速度為2m/s2.

（B）在前8秒內，物體的位移為32m.

（C）物體在0～4秒和4～6秒內的運動，加速度方向相反.

（D）在0～4秒和4～6秒內，物體的平均速度相等.

解析 圖象的斜率表示加速度，則第4s初物體運動的加速度a=ΔvΔt=8-44m/s2

=1 m/s2，故（A）項錯誤；圖象與坐標軸圍成面積代表位移，前8s內物體運動的位移x=12×（4+8）×4 m+12×8×2m=32m，故（B）項正確；在0～4s內與4～6s內物體運動的速度都為正，加速度方向相反，故（C）項正確；在0～4s內的平均速度v1=4+82m/s=6m/s，4～6秒內的平均速度v2=0+82m/s=4m/s，故（D）錯誤.

例2 以下是小車在公路上行駛的x-t圖象，請判斷出正確的選項（ ）

（A）物體在第1秒內的加速度為1m/s2.

（B）從第2秒到第3秒，物體的位移為3m.

（C）4秒內通過的總路程為4m，但位移為-2m.

（D）在4秒內，物體的運動方向保持不變.

解析 物體在0～1秒的運動過程中，其速度是恒定的，因此該段時間內物體進行的是勻速直線運動，而非加速運動（即加速度為0），因此選項（A）是錯誤的.在1～3秒的時間段內，物體的速度為0，表示物體處于靜止狀態，因此從第2秒到第3秒的時間段內，物體的位移為0，因此選項（B）是錯誤的.物體在4秒內的總路程可以通過將每個時間段內的位移相加來計算，即s=（3m-2m）+（0m-3m）=-2m，因此選項（C）是正確的.斜率的正負表示速度的方向，因此物體在0～1秒內的速度方向與3～4秒內的速度方向相反，因此選項（D）是錯誤的.

例3 在實驗臺上，有兩個物體疊在一起，其中一個是物塊，另一個是木板.這個物塊被一根不能伸長的線繩牽引著，該繩子在水平方向上與一個固定在實驗臺上的力傳感器相連.從時刻t=0開始，木板就開始受到一個水平方向上的外力作用.在t=4秒的時候，這個外力停止作用.通過（圖b）記錄了這段時間內，繩子施加在物塊上的拉力是如何隨時間t發生變化的.且拉力的大小隨著時間的推移而變化.圖（c）顯示了木板的速度v隨時間t的變化關系.可以看出，木板在開始受到外力時加速度增加，直到外力被撤去后速度逐漸減小.需要注意的是，在這個實驗中，木板和實驗臺之間的摩擦可以忽略.在這個問題的設定中，重力加速度的值被確定為10m/s.可以通過所提供的數據得出相關的結論（ ）（多選）

（A）在實驗中，木板真正的質量為1kg.

（B）在時間段2秒到4秒內，外力F的大小恒定為0.4N.

（C）在時間段0秒到2秒內，F的大小保持不變.

（D）其中，物塊與木板間的動摩擦因數是0.2.

解析 在0秒到2秒的時間段內，物塊和木板之間還沒有發生相對滑動，因此它們之間的摩擦力是靜摩擦力，這意味著摩擦力的大小等于外力F這個過程中F是變力，所以選項（C）是錯誤的.在2秒到5秒的時間段內，物塊和木板發生了相對滑動，這意味著它們之間的摩擦力轉變為滑動摩擦力.根據牛頓運動定律，可以得到2秒到4秒和4秒到5秒的運動學方程.通過求解這些方程，我們可以確定物塊的質量為1kg，并且2秒到4秒內外力F的大小為0.4N.因此，選項（A）和（B）是正確的.沒有給出物塊的質量信息，所以無法計算物塊和木板之間的動摩擦因數u.因此，選項（D）是錯誤的.

參考文獻：

[1]鄧敏.圖象法在高中物理解題中的應用[J].數理化解題研究，2023（31）：106-108.

[2]林春艷.淺談圖象法在高中物理試題中的應用[J].數理化解題研究，2023（13）：122-124.

[3]黃春連.圖象法在高中物理習題教學中的應用研究[D].蘭州：西北師范大學，2023.