例談物理圖像題的處理方法
2008-04-29 00:00:00李子明張艷玲高龍江
物理教學探討 2008年16期
在近年的中考物理試卷中，圖像類試題頻頻出現，數學和物理緊密“聯姻”。新課程標準也明確提出“改變學科本位的觀念”這一教學理念。怎樣能夠快速掌握圖像類習題的處理方法呢?筆者以近年來的中考試題為例，作一粗淺探討。
1 觀察數據規律，學會繪制圖線
例1 （2005年唐山）A、B兩地相距540km，甲、乙兩輛汽車分別以60km/h和120km/h的速度從A、B兩地同時出發，相對開出，試在圖1所示的坐標系中用圖像法求：
（1）兩車經過多長時間相遇?
（2）兩車在什么地方相遇?
參考答案 （1）3h。（2）距A處180km相遇。
方法指導 觀察、分析數據，做出A、B兩地對應的路程隨時間圖像，如圖2所示。甲汽車路程-時間呈遞增，乙汽車路程-時間呈遞減，從分析數據以及數據的變化規律，學會繪制出的一次函數圖像。
2 尊重客觀數據，界定數據真偽
例2 （2006武漢）小明利用標有“6V6W”的燈泡L1和“6V3W”的燈泡L2進行實驗，如圖3甲所示：Ａ、Ｂ分別為通過燈泡L1和L2中的電流隨兩端電壓變化關系的曲線。現將兩燈連入圖3乙所示電路中，使其中一個燈泡正常發光時，電路消耗的總功率為_______W。
參考答案 4W。
方法指導 燈泡L1“6V6W”的電阻為6Ω，額定電流為1A；燈泡L2“6V3W”的電阻為12Ω，額定電流為0.5A；使其中一個燈泡正常發光時，電路消耗的總功率P=I2R=4.5W;觀察圖線甲可知，使其中一個燈泡正常發光時，PL1=1W; PL2=3W;電路消耗的總功率P= PL1+ PL2=4W。
本題在正確仔細審題的基礎上，能夠結合實際物理情境，突破思維定勢，圖3甲考慮了電阻與溫度的實際關系，圖3乙只是從理論角度進行簡單的數據計算，因此要培養學生勤于分析的習慣，辨別數據真偽。從而培養學生靈活解決問題的能力和形成尊重事實、探索真理的科學態度。
3 學會點圖結合，尋找關聯條件
例3 （2007山西）如圖4甲所示電路，當開關S從接點2轉換到接電1時，電流表、電壓表對應示數如圖4乙所示，由圖中的信息可知：
（1）電源電壓U=___，電阻R1=____。
（2）R2的電阻。
（3）電路消耗的最小功率P1和最大功率P1。
參考答案 （1）6V;10Ω（2）據I=U/R得R2=（U-U1）/I1=20Ω;電壓一定，電流最小時，電功率最小P1=I1U1=1.2W; 電壓一定，電流最大時，電功率最大P2=I2U2=3.6W;
方法指導：
學會將物理知識與數學圖像相結合的表達方式，觀察圖中的點坐標，找出對應電路，捕捉信息條件，理順坐標點所包含的已知量與未知量的因果關系，解決物理問題。
4 尋找點線規律，確定因果鏈條
例4 （2006北京課改）在圖5甲所示的電路中，R1為滑動變阻器，R0，R2均為定值電阻，電源兩端電壓保持不變，改變滑動變阻器R1的滑片位置，兩電壓表的示數隨電流變化的圖線分別畫在圖5乙所示的坐標系中，根據以上條件可知電阻R0的電阻值為____Ω。
參考答案 2Ω。
方法指導 學會觀察電路圖電表測量的物理量，對應確定對應圖線，即電壓表○V1測量的是4~10V這段線段，而○V2測量的是1~4V這段線段，當○V1為10V，○V2為1V，電流表示數為1A，且滑動變阻器處于最大值，由此可知（U總-10V）∕R0=1A①;當電壓表U1= U2=4V時，滑動變阻器處于最小值，R2=4 V∕4A=1Ω；由圖中信息可知，（U總-4V）∕R0=4A②；解①和②式得R0=2Ω。求解中首先要有解決問題的突破點，然后才能順藤摸瓜，按圖索驥。例如本題中圖線與電表的對應關系。而突破點的獲得必須依賴于對圖線規律、圖線信息的觀察分析，從而確定因果鏈條，逐步求出答案。
5 領悟圖線問題，激勵創新應用
例5 （2006濟寧市）有一些材料，導電能力介于導體和絕緣體之間，這種材料稱做半導體.有一種半導體其電阻的大小隨溫度的變化而明顯改變，利用這種半導體材料制成的電阻叫熱敏電阻。熱敏電阻可以用來測量溫度的變化，且反應快，精度高。
李明同學為了檢測他家蔬菜大棚內的溫度變化，他用熱敏電阻設計了一個如圖6甲所示的電路，其中電源電壓是3V，熱敏電阻的阻值隨溫度變化的圖像如圖6乙所示，電流表的量程是0-100mA。為了能從電流表直接讀出大棚內的氣溫，他將電流表的刻度盤改畫成溫度的刻度，這樣改造后的電流表就成了氣溫表。
（1）請你幫他計算，改造成的氣溫表能測量的最高溫度是多少？寫出計算過程。
（2）結合圖像分析，你認為李明設計的電路有什么不妥之處?
（3）在保持現有元件不變的條件下，在增添一個電阻，你能想辦法使該氣溫表的量程擴大到80℃嗎？請在圖7所示方框中畫出你設計的電路圖，并通過計算求出新增電阻的阻值。
（4）據設計的電路并通過計算說明，此氣溫表的0℃應與電流表刻度盤的什么刻度對應?
參考答案 （1）當電流表達到滿刻度時，電路中的電流為100mA＝0.1A，此時，電路中的電阻為：R=U/I=3V/0.1A=30Ω。由圖像可知，熱敏電阻為30Ω時溫度為25℃， 所以，氣溫表能測量的最高溫度是25℃。
（2）當溫度達到25℃后，若溫度繼續升高，熱敏電阻的阻值減小，電路中的電流增大，會超過電流表的量程，損壞電流表。
（3）在電路中串聯一個電阻，電路如圖8所示。
由圖像可知，氣溫是60℃時，熱敏電阻的阻值為10Ω時，當電流表達到滿刻度時，電路中的電阻為30Ω， 即R總=30Ω。所以串聯的電阻為R2=R總-R1=30Ω-10Ω=20Ω（4）由圖像可知：0℃時，熱敏電阻的阻值為100Ω，此時，電路總的電流是：I=U/R=3V/（100Ω+20Ω）=0.025A=25mA
所以氣溫表的0℃應與電流表刻度盤的25mA的位置對應。
方法指導：
在電壓恒定的條件下，溫度的變化引起熱敏電阻值得變化，從而引起電流表示數的變化。溫度與電流的關系可以通過圖線進行計算獲得，而后氣溫表刻度值的確定也便水到渠成。同時，本題還能讓學生學習科學方法，激勵創新應用，促進關心科技發展和技術應用帶來的社會進步，保持對自然界的好奇，發展對科學的探索興趣。
注：2.張艷玲，河北省邢臺市第二十九中學，054201
3.高龍江，河北省武安市第十中學，056004
