高中物理教學中的圖像問題淺析

李結實

在高中物理學中，兩個物理量間的函數(shù)關系，不僅可以用公式表示，而且可以用圖像表示。物理圖像是數(shù)與形相結合的產(chǎn)物，是具體與抽象相結合的體現(xiàn)，它能夠直觀、形象、簡潔地展現(xiàn)兩個物理量之間的關系，清晰地表達物理過程，正確地反映物理規(guī)律。通過分析最近幾年全國綜合理科能力測試試卷的物理試題部分，我們可以發(fā)現(xiàn)，物理圖像在解決物理問題的過程中起到非常重要的作用。而且有關圖像的題目大體上呈現(xiàn)增加的趨勢，所以物理圖像的教學很值得我們思考、研究。

一、物理圖像在教學中的作用

1.利用物理圖像可以直觀形象地描述某一物理現(xiàn)象、物理概念、物理規(guī)律、物理過程。

物理問題可以用文字表述、數(shù)學公式或圖像描述。公式表述稱為代數(shù)法，用圖像表述稱為幾何法。公式從數(shù)學角度看比較精確，但物理意義較抽象；而圖像則更加直觀、生動、形象。在某些情況下，用圖像表述物理問題，往往比用語言或公式更加明確、形象，有利于學生理解和記憶。例如，力的平行四邊形定則的三種表述方式中，以圖像法最為直觀明了。又如，反射定律、折射定律的圖像表示，比文字敘述更為簡潔明了。其他圖像如力的示意圖、力的圖示、電場線圖、布朗運動圖、各種光路圖等，都可以形象地描述相對應的物理情景。

在物理學中，一個狀態(tài)往往是由幾個狀態(tài)參量來表征的。如運動學中的勻速直線運動是由位移、速度、時間三個量描述的。一個狀態(tài)對應著一組狀態(tài)參量，如果用狀態(tài)參量作為坐標軸來建立坐標系，一個物理狀態(tài)就可以由坐標系中的一個點表示。如勻速直線運動的v-t圖上，直線上任一點表示該點的速度和時間。如果把物體所處的各個狀態(tài)連接起來，就是物體的狀態(tài)變化過程。

數(shù)學公式配合物理圖像表達物理規(guī)律，可以加深學生對規(guī)律的理解。例如，光電效應中的愛因斯坦光電效應方程：E■ =■mv■■=hv-W，用數(shù)學公式表達了光電子的最大初動能與入射光頻率之間的關系。如圖形象地表達了光電子最大初動能與入射光強度無關，只隨入射光頻率而增大的線性關系，直觀地看出光電效應的產(chǎn)生有一個最低頻率（極限頻率ν）。

利用物理圖像可以描述儀表的結構、實驗實物圖像及實驗原理圖等。如高考試題中游標卡尺的讀數(shù)就要求學生既會操作又會讀圖。

2.利用物理圖像幫助學生形成物理概念，建立物理規(guī)律。

物理概念和物理規(guī)律往往是比較抽象的，在進行物理概念和物理規(guī)律的教學時，常常采用“抽象概念形象化”的方法或建立“物理模型”的方法描述物理情景。通過利用形象化的物理圖像，可以幫助學生理解和記憶抽象的物理概念、規(guī)律。例如，在電場和磁場的概念教學時，就可以用“光芒四射”的圖像描繪正點電荷的電場線，用“眾矢之的”的圖像描繪負點電荷的電場線。

利用物理圖像建立物理規(guī)律在實驗中經(jīng)常用到。如歐姆定律的得出，就是將得到的實驗數(shù)據(jù)（U、I值）在坐標系中描點，得到的I-U圖像是一條過原點的直線，從而總結出了歐姆定律。

3.利用物理圖像推導物理公式。

物理公式一般都用代數(shù)的方法推導，然而有些公式使用圖像方法推導則較簡明方便。例如，勻速直線運動的位移可以利用速度圖像來求，即位移的數(shù)值等于v-t圖來求位移，即做勻速直線運動的物體，在時間t內(nèi)的位移的數(shù)值等于速度圖線下方的圖形的面積，具體推導可參見教材。

4.物理圖像有助于培養(yǎng)學生的形象思維能力。

形象思維是在感性認識的基礎上通過意象、聯(lián)想和想象揭示客觀對象本質(zhì)及其規(guī)律的思維形式。形象思維是通過生動的形象反映客觀世界的。物理形象思維是以思維表象為思維材料而進行的思維。物理表象是物理形象在人腦中的間接概括的反映，而物理形象主要來源于實踐。

二、注重培養(yǎng)學生對坐標圖像的理解、分析和應用能力

1.正確理解坐標軸表示的物理意義及各段曲線的變化規(guī)律。

在高中物理中，用坐標系描述物理量間的變化規(guī)律的例子非常普遍，而且有些圖像從形狀上看十分相似，如力學中的位移圖像（s-t）和速度圖像（v-t）；簡諧運動圖像和機械波圖像等，如果學生沒有準確把握圖像所表達的物理意義，就很容易混淆，所以教師要注重對學生讀圖能力的培養(yǎng)。

2.引導學生走出習慣性的思維誤區(qū)。

在圖像的教學中，遇到的另一個問題是學生容易被平時習慣的思維限制，憑直覺和表象理解物理圖像。而有些物理圖像是強調(diào)矢量性和動態(tài)的，并且要與所處的背景和實際相符，所以學生在理解圖像的物理意義時有很大障礙。

3.注重情景與圖像間的切換，有助于解讀圖像。

解讀坐標圖像的另一條有效途徑是根據(jù)圖像模擬出相應的物理情景，把抽象的圖像過程轉化為具體形象的物理模型，物理模型能幫助學生建立清晰的物理圖景，起到疏通思路的作用，使物理問題由難化簡、由繁化簡優(yōu)化教學過程的作用。

把抽象的圖像物化到生產(chǎn)、生活實際中，這也是目前高考中能力立意的題目要求，這種題目本著高起點低落點，重能力淡知識，要求學生能從抽象的圖像中攝取有效信息模擬出具體的模型或是情景。學生若是缺乏這種能力，就很難識記枯燥的圖像，更談不上靈活應用，所以教師在教學中要注重培養(yǎng)情景與圖像間的切換能力。

綜上所述，圖像作為一種能直觀反映物理量之間關系的數(shù)學手段在物理學中使用十分廣泛，它能形象地表達物理規(guī)律，直觀描述物理過程，鮮明地揭示物理量之間的依賴關系，所以物理圖像成為解題化簡為繁、化抽象為具體的重要工具。加強物理圖像教學，就必須在加強理解物理圖像的物理意義，掌握物理圖像的基本應用上下工夫，從而提高活用巧用物理圖像解決物理問題的能力。