淺談圖象法在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用

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1、淺談圖象法在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用淺談圖象法在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用上海市通河中學(xué)------楊文彪【文章摘要】：本文著重介紹一種能直觀、形象地描繪物理規(guī)律、解決物理問題的方法——圖象法，從圖象的“點(diǎn)”、“線”、“面”、“形”四層次所含物理意義入手，闡述圖像法在中學(xué)物理中的應(yīng)用?！娟P(guān)鍵詞】：“圖象法”斜率截距面積一．方法介紹物理規(guī)律可以用文字來描述，也可以用數(shù)學(xué)函數(shù)式來表示，還可以用圖象來描述。利用圖象描述物理規(guī)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

2、解圖、函數(shù)圖象等。圖象具有形象、直觀、動態(tài)變化過程清晰等特點(diǎn)，能使物理問題簡化明了；更重要的是它能將物理學(xué)科與數(shù)學(xué)、信息技術(shù)等其他學(xué)科有機(jī)地結(jié)合起來，增強(qiáng)學(xué)生的綜合素質(zhì)能力。上海市二期課改新教材中明確提出，用DIS實(shí)驗(yàn)將物理規(guī)律通過用圖形計算器、計算機(jī)將數(shù)據(jù)采集器采集到的數(shù)據(jù)以圖象的形式呈現(xiàn)給學(xué)生，要求學(xué)生通過對圖像的分析，應(yīng)用圖形計算機(jī)對圖線進(jìn)行擬合來確定物理量之間的關(guān)系，探究物理規(guī)律。二．把圖象法運(yùn)用于物理教學(xué)的意義1.直觀形象、簡化解題過程：圖象解法不僅思路清晰，而且直觀、形象，可使解題過程得到簡化，

3、起到比解析法更巧妙、更靈活的效果。例如在比較勻變速直線運(yùn)動中的平均速度與中間位置的速度的大小關(guān)系時，用圖象法解題一目了然。如圖1，平均速度即中間時刻速度V2，中間位置的瞬時速度即面積平分時刻的速度V1。依據(jù)圖象能很快地得出結(jié)論V2＜V1。2.演示變化過程，把握變化規(guī)律：用圖象法來描述物理過程則更直觀，可以描述出其變化的動態(tài)特征，幫助學(xué)生理解物理過程。例如在分析用擋板擋住光滑斜面上的小球，分析擋板由水平位置轉(zhuǎn)到豎直位置的過程中，小球?qū)醢迮c斜面的作用力如何變化時，可根據(jù)小球受三力作用平衡的條件：三力必構(gòu)成一個

4、封閉的矢量三角形。作動態(tài)分析圖，如圖2，由圖示可得出兩力的變化是：作用在擋板上的力先減小后增大，作用在斜面上的力一直在增大。3.用于實(shí)驗(yàn)，簡化數(shù)據(jù)處理方法：物理學(xué)習(xí)離不開物理實(shí)驗(yàn)，在物理實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用圖象法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，不僅具有簡明、直觀的特點(diǎn)，而且還可以減小誤差、分析誤差的成因。如測量電源電動勢與內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫出路端電壓與電流的圖象。為減小誤差可從圖線上任意取兩點(diǎn)求出圖線的斜率，斜率的絕對值即為電源內(nèi)阻，而圖線與縱坐標(biāo)的截距即為電源的電動勢。而在驗(yàn)證牛頓第二定律的實(shí)驗(yàn)中，對a－F圖象進(jìn)行分析即可得

5、到實(shí)驗(yàn)的誤差成因，與橫軸的截距表示沒有平衡摩擦力，與縱軸的截距表示過度平衡磨擦力。4.一種科學(xué)探究的基本方法：圖象法在研究性學(xué)習(xí)中也有較大的應(yīng)用。通過圖象可以確定物理量之間的關(guān)系。如在研究“一定質(zhì)量的氣體在溫度不變的情況下，壓強(qiáng)與體積的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，將數(shù)據(jù)采集器收集到的數(shù)據(jù)輸送到圖形計算器，輸出P—V圖線，得到的是一條曲線，輸出P—1/V圖線，得到一條直線，通過對圖線的擬合，發(fā)現(xiàn)曲線與反比例函數(shù)、直線與一次函數(shù)圖線都能很好地吻合，由此可得一定質(zhì)量的氣體在溫度不變的情況下，壓強(qiáng)與體積成反比。總之運(yùn)用圖象法解題

6、的深層意義在于可以啟迪學(xué)生的創(chuàng)新意識，培養(yǎng)創(chuàng)造能力，提高學(xué)生的綜合能力，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)態(tài)度。三．高中物理涉及的物理圖象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(guī)函數(shù)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(zhì)量倒數(shù)）圖象、振動圖象、波動圖象、P（壓強(qiáng)）—T（溫度）圖象、V（體積）—T（溫度）圖象、P（壓強(qiáng)）—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）—

7、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(diǎn)”、“線”、“面”、“形”四個不同的層次。四．圖象的各個層次的物理意義圖象的物理意義主要通過“點(diǎn)”、“線”、“面”、“形”四個方面來體現(xiàn)，教學(xué)中應(yīng)從這四方面入手，予以明確。1.物理圖象中“點(diǎn)”的物理意義：“點(diǎn)”是認(rèn)識圖象的基礎(chǔ)。物理圖象上的“點(diǎn)”代表某一物理狀態(tài)，它包含著該物理狀態(tài)的特征和特性。從“點(diǎn)”著手分析時應(yīng)注意從以下幾個特殊“點(diǎn)”入手分析其物理意義。⑴截距點(diǎn)。它反映了當(dāng)一個物理量為零時，另

8、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(tài)。如圖3中，圖象與縱軸的交點(diǎn)反映出當(dāng)I=0時，U＝E即電源的電動勢；而圖象與橫軸的交點(diǎn)反映出電源的短路電流。⑵交點(diǎn)。即圖線與圖線相交的點(diǎn)，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(diǎn)表示甲、乙物體運(yùn)動位移相同的時刻和位移。⑶極值點(diǎn)。它可表明該點(diǎn)附近物理量的變化趨勢。如圖5中的D點(diǎn)表明當(dāng)電流等于E/(2r)時，電源有最大的輸出功率。⑷拐點(diǎn)。通常