高中物理中運動圖像及形式分析

白子冰

(哈爾濱市第九中學高二級二班，哈爾濱 150001 )

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高中物理中運動圖像及形式分析

白子冰

(哈爾濱市第九中學高二級二班，哈爾濱 150001 )

物理是一門奇妙的學科，其中很多理論都是在實際探索中發現的，卻又是客觀存在的。作為一名學生，應該認真學好物理這門學科，在物理這個浩瀚的知識海洋中，學會擅長探索新的內容，挖掘新的領域。

高中物理；運動圖像；運動形式；學習過程

1 運動的定義

1.1 機械運動

機械運動是整個自然界隨處可見的一種運動，它的位置或狀態隨著時間的變化而變化，這就是人們常說的運動。生活中的運動無處不在，就連地球也在時刻運動著，進行著它的自轉和公轉。

1.2 參照物

當需要判斷一個物體是否發生的運動的時候，往往需要借助其他的物體來作為一個標準，這就是所說的參照物。選擇參照物的原因，主要是想通過這個參照物來觀察是否這個物體有發生位置變化。當然，選擇的參照物不同，可能會出現不同的結果。

1.3 運動和靜止的相對性

大部分情況下，都會選擇靜止的參照物，從而能準確的判斷物體發生的運動具體情況。但是，宇宙中的萬物都時刻不停的運動著，根本不存在什么絕對靜止的東西，任何參照物實際上都在運動，所以得出了相對運動和相對靜止的概念。在學習過程中，要自己學會選擇參照物，根據不同的情形，選擇恰當的參照物，從而得出想要的結論。一般判斷兩個物體是相對靜止是根據兩個主要條件：方向相同和速度相同。

2 主要的幾種運動形式

2.1 勻速直線運動

在直線運動的前提下，物體在任意相等時間內產生的位移相等，稱之為該物體在做勻速直線運動。它的速度一定，位移隨時間的增長而增長，此時，它的合外力為零。例如，一顆珠子在毫無摩擦的平面上運動，忽略外界因素的影響，那么它會在這個平面上永無止境的勻速直線運動。

2.2 勻變速直線運動

同樣，物體是在做直線運動，在任意相等的時間內物體速度的變化相等，稱之為勻變速直線運動。而其中又分為勻加速直線運動和勻減速直線運動，一種是速度越來越大，一種是速度越來越小。此時物體的合外力是恒定的，合外力的方向和物體運動的速度在一條直線上。假如合外力和速度方向一致，此時物體做的是勻加速直線運動。假如合外力與物體的運動方向相反，此時物體做的是勻減速直線運動。

2.3 拋體運動

主要介紹幾個常見的拋體運動：A.平拋運動。其初速度不為零，并且初速度方向為水平方向，整個運動過程只受重力。B.斜拋運動。初速度不為零，速度方向與水平方向呈一定的夾角，只受重力。C.豎直向上、向下拋體運動。初速度不為零，速度方向與水平方向垂直，只受重力。除此之外，還有初速度為零，只受重力的自由落體運動。

2.4 圓周運動

圓周運動的軌跡是圓周，在任意相等時間內所劃過的弧長是相等的，其合外力大小恒定，方向始終沿著圓的半徑指向圓心。比如說，地球繞著太陽轉和月亮繞著地球轉，其中的原理是一樣的。

2.5 簡諧振動

簡諧振動的整個運動過程中只受回復力的作用，進行反復運動。其中回復力的大小和位移有關聯，成正比例關系，力的方向指向平衡位置。例如，在拉彈簧的時候，在彈性形變以內，彈簧拉的越遠，其回復力越大，力的方向為彈簧的平衡方向。

3 運動圖像分類及性質

3.1 運動圖像分類

運動圖像分類主要是分為兩類：一類是速度和時間圖像，一類是位移和時間圖像。在對速度和時間圖像的學習過程中發現，除了單純將運動作為考點外，經常喜歡將運動做功、受力等作為前提條件，然后再得出整個運動過程，用運動的速度和時間圖像展示。從圖中可以看出該物體的速度隨時間的變化情況，有可能是速度不變，也有可能是變快或變慢，假如速度為零，則說明該物體是靜止的。這就需要能夠根據圖像作出分析，了解物體整個過程的運動情況，進而解答相關問題。在位移和時間圖像學習中，可以得知某個時間點的位移，假如在一段時間物體位移并沒有發生變化，那么可以從中發現這個物體在這段時間內處于靜止狀態。同學們根據不同的時間點發生的轉折，從中找出解題的關鍵。

3.2 運動圖像的性質

3.2.1 速度和時間圖像的性質

在速度和時間圖像中，假如是直線圖像，速度隨時間逐漸增大，這個物體在做勻加速運動。速度不隨時間改變且大于零，物體在做勻速運動。速度隨時間逐漸減小，物體在做勻減速運動。若速度為零，則物體處于靜止狀態。其中，加速度其實就是圖像的斜率，通常可以根據斜率的正負來判斷物體的加、減速運動。假如圖像是曲線，也可以根據其斜率判斷加速度的變化情況。圖像中，某一時刻的速度和時間在圖中構成的面積就是物體發生的位移，由于位移、速度都是矢量，方向有正負，假如速度為正方向，那么發生的位移也是正的。假如速度為負方向，那么發生的位移也是負的，其所有的正、負位移合所得到的位移就是最終物體與最初狀態相比發生的位移。在圖像中，經常看到直線和曲線相結合，這種運動是相當復雜的，速度變化情況非常豐富。

3.2.2 位移和時間圖像的性質

在位移和時間圖像中，顯示的是位移隨時間的變化情況。假如是直線圖像，當位移隨時間均勻增加，物體在做勻速運動。假如位移隨時間均勻減少，物體仍舊是做勻速運動，只是方向與之前的運動方向相反。假如位移隨時間變化不發生改變，物體是處于靜止狀態，當位移值與時間等于零的位移值相等，該物體又回到了原點。而此時的斜率代表的是速度，斜率為正，則物體在正方向做位移。斜率為負，則物體在反方向做位移。斜率為零，則物體是靜止的狀態。當圖像為曲線的時候，斜率逐漸增大，物體在做勻加速運動。斜率逐漸減小，物體在做勻減速運動。此時圖像中，位移是否大于零或小于零，決定了物體位移方向的正負。

4 圖像在高中物理運動學中應用

例題：滑塊以速率v1靠慣性沿固定斜面由底端向上運動，當它回到出發點時速率為v2，且v2

A．上升時機械能減小，下降時機械能增大；B．上升時機械能不變，下降時機械能減小；C．上升過程中動能和勢能相等的位置在A點上方；D．上升過程中動能和勢能相等的位置在A點下方。

解析：此題幾乎所有參考書都用到常規解法，根據能量守恒列出滑到頂端和上升至某一高度時動能和勢能相等的兩個方程，對比根據數學知識可以得到答案，但比較麻煩。利用圖像法則比較方便，在同一個坐標軸畫出機械能、動能、重力勢能隨高度變化的圖像。如圖1所示：

圖1 高度變化圖Fig.1 Height change chart

由圖1可知動能和重力勢能相等的點的位置一定在總高度一半的上方。答案為C。

選擇題中特別是考察運動學類的題目中，當用傳統方法非常復雜、計算量大時，可以用圖像的方法，事半功倍，思路清晰，解題過程簡單。

5 結語

在高中物理學習過程中，除了要學會運用文字和公式的表達以外，需額外注重圖像的分析，也應善于用圖像來進行問題的解決，通過圖像的利用使得問題由復雜變得簡單化，由抽象變得更形象直觀。

[1] 程嗣，丁慶紅.高考力學中的傳送帶問題歸類賞析[J].現代物理知識，2016，(09)：80-81.

[2] 屈濤.有關傳送帶典型問題的分析[J].數理化學習(高中版)，2016，(12)：54-57.

[3] 陳繼新.淺談摩擦現象[J].技術物理教學，2016，(07)：125-129.

Analysis of moving images and forms in high school physics

BAI Zi-bing

(Harbin No.9 High School, Class 2 Grade 2, Harbin 150001, China)

Physics is a wonderful discipline, many theories of which are found in actual exploration with the characteristics of objective reality. Students should learn to explore new content and develop new areas in this discipline.

High school physics; Moving image; Motion form; Learning process

2016-12-06

白子冰(2000-)，女，高中在讀。

G634

B

1674-8646(2017)03-0146-02