高中物理圖像專題

劉爽

【三維目標】知識與技能：

能用圖像描述勻速直線運動的“位移-時間”、“速度-時間”關系和勻變速直線運動的“速度-時間”關系；

通過“位移-時間”、“速度-時間”圖像的學習，遷移到其他圖像的理解應用；

能描述出各種圖像的物理意義，能從圖像中獲取有用的信息。

過程與方法：

通過圖像的認知、了解，簡化物理計算，使物理過程更清晰直觀；

建立函數思想、微分思想，運用數學中的一次函數幫助學生理解圖像中的斜率、面積等是什么物理含義，使學生從圖像中獲取更多有用的信息。

情感態度與價值觀：

體會用各種不同方法描述物理現象的樂趣，從知識是相互關聯、相互補充的思想中，培養學生建立事物是相互聯系的唯物主義觀點。

【教學重點】通過圖像的認知、了解，簡化物理計算，使物理過程更清晰直觀。

【教學難點】建立函數思想、微分思想，運用數學中的一次函數幫助學生理解圖像中的斜率、面積等是什么物理含義，使學生從圖像中獲取更多有用的信息。

【教學方法】討論式，啟發式。

【課時安排】2課時。

【教學過程】

一、導入新課

在歷年的高考中，圖像問題總會出現，而且占有相當的比例，在教學大綱和高考的考試說明中也有明確的要求。有的直接給出圖像，要求依據圖像分析判斷物理過程，也有的需要作出圖像才能解答。今天我們把高中階段涉及到的物理圖像進行歸納總結。

二、推進新課

要點講解：

（一）對圖像意義的理解

（1）首先應明確所給的圖像是什么圖像，即認清圖像中橫軸、縱軸所代表的物理量及它們間的“函數關系”，特別是對那些圖形相似、容易混淆的圖像，更要注意區分。例如運動學中的s—t圖像、v—t圖像等。

（2）要清楚地理解圖像中的“點”、“線”、“斜率”、“截距”、“面積”的物理意義。

①點：圖線上的每一個點對應研究對象的一個狀態，要特別注意“起點”、“終點”、“交點”、“拐點”，它們往往對應著一個特殊狀態。②線：表示研究對象的變化過程和規律。如v—t圖像中的圖線若為傾斜直線，則表示物體做的是勻變速直線運動。③斜率：表示橫、縱坐標上兩物理量的相對變化率。常有一個重要的物理量與之對應，用于求解定量計算中所對應的物理量的大小以及定性分析變化的快慢。如s—t圖線的斜率表示速度的大小，v—t圖線的斜率表示加速度的大小等。其次，變化率還要注意平均變化率與瞬時變化率的區別，例如：圖中直線PQ的斜率表示速度在t0時刻的變化率，而直線OP的斜率表示速度在0-t0時間內的平均變化率。④截距：表示橫、縱坐標兩物理量在“邊界”條件下的大小，由此往往能得到一個很有意義的物理量，如測量電源電動勢和內阻的實驗圖像，其縱截距等于電源電動勢、當縱軸起點為零時，橫截距等于短路電流，圖線斜率的絕對值則等于電源內阻。⑤面積：圖線與坐標軸圍成的面積常與某一表示過程的物理量相對應。如v—t圖線與縱橫軸包圍的“面積” 大小表示位移的大小。如圖所示的F—t圖像中的“面積”大小表示沖量大小，F—s圖像中的“面積”大小表功的多少。

引導學生討論并填寫面積、斜率對應的物理意義：

圖像 面積 斜率

速度 —時間（v—t） 位移 加速度

位移—時間（x—t） 速度

加速度—時間（a—t） 速度

力—時間（F—t） 沖量

力—位移（F—x） 功

力—加速度（F—a） 質量

電壓 —電流（U—I） 功率

電磁感應：電流—時間（i—t） 電荷量

電場強度—位移

（E—x） 電勢差

電勢——位移（φ—x） 沿x軸場強

電勢能——位移

（Ep—x） 絕對值代表沿x軸的電場力

伏安特性曲線（U—I） （與原點連線斜率）電阻

路端電壓—電流

（U—I） 電源內阻

（二）例題講解

例1：空間某一靜電場的電勢φ在x軸上分布如圖所示，x軸上兩點B、C點電場強度在x方向上的分量分別是EBx、ECx，下列說法中正確的有（ ）

A.EBx的大小大于ECx的大小

B.EBx的方向沿x軸正方向

C.電荷在O點受到的電場力在x方向上的分量最大

D.負電荷沿x軸從B移到C的過程中，電場場力先做正功，后做負功

解析：應用公式剖析斜率含義，引導學生對試題進行解析。答案：A D

例2：【2016·上海卷】地面上物體在變力F作用下由靜止開始豎直向上運動，力F隨高度x的變化關系如圖所示，物體能上升的最大高度為h，h

解析：通過建立F-x表達式，解出平均力，再利用動能定理、牛頓第二定律求解。答案：0或h；

例3：【2015·全國新課標Ⅰ·35（1）】在某次光電效應實驗中，得到的遏制電壓u0與入射光的頻率v的關系如圖所示，若該直線的斜率和截距分別為k和b，電子電荷量的絕對值為e，則普朗克常量可表示為，所用材料的逸出功可表示為。

解析：通過愛因斯坦光電效應方程建立函數表達式，并說明斜率和截距的含義。答案：h=ek w0=-eb

（三）課堂小結

要清楚地理解圖像中的“點”、“線”、“斜率”、“截距”、“面積”的物理意義。

重點理解典型圖像面積、斜率對應的物理意義：

（四）當堂練習

（B-t圖像）一勻強磁場的方向垂直紙面，規定向里的方向為正，在磁場中有一細金屬圓環，圓環平面位于紙面內（如上圖所示），現使磁感強度B隨時間t變化（如上圖所示），用E1、E2、E3、E4分別表示oa、ab、bc、cd段感應電動勢的大小，I1、I2、I3、I4分別表示對應的感應電流，則（ ）

A.E1>E2，I1沿逆時針方向，I2沿順時針方向

B.E1

C.E1

D.E3=E4，I3沿順時針方向，I4沿順時針方向

靜電場方向平行于x軸，其電勢φ隨x的分布可簡化為如圖所示的折線，圖中φ0和d為已知量。一個帶負電的粒子在電場中以x=0為中心，沿x軸方向做周期性運動。已知該粒子質量為m、電量為-q，其動能與電勢能之和為-A（0

（2）粒子的運動區間；

（3）粒子的運動周期。

三、教學反思

整堂課的中心應該圍繞提高學生的讀圖能力為中心展開，但在實際操作中變成了講題為主，被題目中選項所牽制，沒有真正讓學生學會怎樣去讀圖。

在課堂上雖然把學生的問題呈現出來了，但沒有想好用怎樣的措施去解決學生的錯誤，或者把學生所犯的錯誤深層次原因找出來，所以學生下次還會犯同樣的錯誤。

整堂課還要看學生在學習過程中是否積極主動地跟進、共鳴和投入，采用的教學手段還可以多樣化。但最關鍵的實效如何，在專項訓練中針對性還需加強。