用圖象表達探究結果

隨著高中新課程的實施，在物理教學過程中，探究成為物理課堂教學的主要方式，《普遍高中物理課程標準(實驗)》把“科學探究及物理實驗能力要求”作為內容標準的重要部分，并就科學探究的七個要素提出了具體的要求，其中對“分析與論證”的要求是“對實驗數據進行分析處理”，“嘗試根據實驗現象和數據得出結論”，“對實驗結果進行解釋和描述”。在高中探究實驗中，多數情況需要定量的測量，測量必然會得到一系列的數據，通過各變量間的數據，利用圖象可以清楚直觀地表示兩個量之間的數量關系，是探究實驗及研究問題中常用的處理數據的方法和結果呈現方式。圖象可直觀而明確地展示事物的形態、結構、特性及變化規律，顯示研究對象發展變化的規律性和特殊性，能給讀者以真實感、立體感。一些有明顯變化趨勢的數據，圖象坐標應用得當，能收到事半功倍的效果。物理規律可用一個因變量與一個自變量的關系畫圖象來表達；有些物理規律(或實驗結果)可用一個因變量與幾個自變量之間的關系來表達，必須采用控制變量法逐一研究，畫出因變量與每一個自變量的圖象，得出因變量與每一個自變量的關系，再把它們的關系進行綜合，形成總的關系。

本文以“探究加速度與力、質量的關系”為例，介紹用圖象來表達探究的結果。

一、加速度a與物體受力F的關系

在“探究加速度與力、質量的關系”實驗中，采用控制變量法，保持小車的質量m不變，改變所掛重物的質量，即改變對小車的受力，根據正確的實驗得出正確數據如表(1)：

根據表(1)描點、作圖(在坐標紙上)，可得到圖1所示得a－F圖象。

從圖1中可以看出，圖線是一條過原點的直線。這就直觀地得到a和F成正比關系的結果。

學生在作圖過程中學到了用物理圖象處理數據的一些方法，如在畫直線時，使盡量多的點落在這條直線上，不在直線上的點應能大致均勻分布在直線的兩側，剔除掉偏離直線太遠的點等。圖象法也體現了多次測量減少偶然誤差的思想，它的優越性在于：能形象直觀的表達物理規律，有效的減少偶然誤差。

二、加速度與物體質量的關系

在“探究加速度與力、質量的關系”實驗中，采用控制變量法，保持小車的受力F不變，也就是保持所掛重物的重力不變，測出小車的質量，通過在小車上疊放砝碼的方法來改變小車的質量，根據正確的實驗得出正確數據如表(2)：

根據表(2)描點、作圖(在坐標紙上)，可得到a－m圖象。如圖2所示，發現圖線是一條曲線，難以判斷它所對應的函數關系，有可能是成反比關系?？梢栽O想，如果a與m真是成反比的話，那么a就應該與1／m成正比，所以我們可以再試著作出F不變時a-1／m圖象，將質量倒數1/m的值算出填入表(3)。

根據表(3)描點、作圖(在坐標紙上)，得到a-1／m圖象如圖3。驚詫地發現這些點幾乎在一條過原點的直線上，從而證明了我們的設想即加速度a與質量m成反比。

另外，當前的高中物理課程改革實現實驗手段的多樣化和現代化，明確提出要重視信息技術應用于物理實驗，加快物理實驗軟件的開發和應用?？蓪祿斎腚娔X，用Excel的繪圖功能可顯示出a-F、A-1/m的過原點的直線關系；也可用DIS(即數字信息系統實驗室)與計算機配合使用，實時采集、處理實驗數據，把實驗結果以圖象形式顯示出來，提高實驗探究的效率。