畫出物理知識新高度

張永桃

摘 要：在高中物理教學(xué)當中，運用的方法越來越多，而作圖法是至關(guān)重要的一種方法，運用作圖法能夠突破物理知識的瓶頸，提升解題能力與學(xué)習效率。從運用作圖法解決運動學(xué)方面的問題和運用作圖法解決微元法方面的問題這兩個方面探究了作圖法在解決高中物理知識問題上的運用。

關(guān)鍵詞：高中物理；知識；作圖法；突破；運動學(xué)；微元法

歷年物理高考題當中必不可少的便是圖象問題，出現(xiàn)的形式多種多樣，有選擇題或者大題；然而，這些試題通常只對受教育者的讀圖與分析圖的能力進行考查，即便是要求作圖也僅僅是簡單地描點連線，所以多數(shù)受教育者在解題的過程當中，通常缺少運用作圖法解決問題的意識與能力。物理知識雖然能夠運用公式解答，可面對相對復(fù)雜的問題的時候，不僅耗時長還容易出錯，若是能夠運用作圖法，便能夠快速找到思路，對所學(xué)知識有所突破。

一、運用作圖法解決運動學(xué)方面的問題

1.運用作圖法簡化運算

例如：小紅乘坐北京某大樓的快速電梯，從最底下的樓層到達第119層的天臺僅僅耗時55s，如果電梯先做勻加速運動，加速度為a1，達到最大速度18m/s，接著用最大的速度做勻速運動，最終做勻減速運動，用加速度a2，正好到達天臺，假如將天臺的高度設(shè)定為549m，求電梯勻速運動的時間。

解析：先運用基本的物理公式對這道題進行解答，將勻速運動的時間設(shè)為t3，那么所需的加速度公式為：

a1t1=18m/s

a2t2=18m/s

t1+t2+t3=55s

根據(jù)速度位移得到公式：

9×（t1+t2）+18×t3=549m

然而，這樣一來五個未知數(shù)僅有四個方程，肯定是沒有解的，惟有把t1+t2作為整體考慮才可以將t3解出?？墒沁@種方法相對比較復(fù)雜，耗時過長。如果先將電梯的運動圖作出來，如下圖所示，那么根據(jù)圖象便能夠直觀看出梯形的高、下底與面積是題中給出的，而梯形的面積也就是運動的高度，就是549m，如此一來，運用作圖法便很容易地解出了t3，也就是上底。

549=18×（55×t3）×

t3=6s

2.運用作圖法分析運動情況

例如：在一個平滑的水平桌面上，有一塊木塊處于靜止狀態(tài)，一支槍沿著水平方向，一前一后地將兩顆質(zhì)量和速度都一樣的子彈發(fā)出去，兩顆子彈在穿越木塊的時候，位置不同；假設(shè)兩顆子彈在穿過木塊的時候，所受到的阻力是不變而且是一樣的，重力與空氣阻力的影響不計，請試著對子彈與木塊的運動情況進行分析。

分析：若想對子彈與木塊的運動情況進行分析，倘若僅僅運用基本的物理公式，便需運用很多次動量守恒定律，而且還需要對系統(tǒng)與個體進行逐步分析，這種方式不容易精準地分析出結(jié)果。這個時候，如果畫出v-t圖，如下圖所示，那么便很容易地分析出結(jié)果了。

圖中很明顯地可以看出線段Od是木塊第一次做加速運動的過程，ab是第一顆子彈做減速運動的過程，梯形Oabd的面積就是木塊的長度。因為木塊同子彈之間的摩擦力是不發(fā)生變化的，也就是ab的斜率是不變的，那么同樣的道理，可以得出ef是木塊第二次做加速運動的過程，ab′是第二顆子彈做減速運動的過程，梯形aefb′的面積就是木塊的長度，由于木塊長度沒有發(fā)生改變，所以兩個梯形的面積肯定是相同的。如此一來，便能夠分析出第二顆子彈穿過木塊的用時更長，減少的動能和動量相對更多。

由此見得，運用作圖法作出的圖象同單純的文字計算相比，顯得更加直觀，特別是針對那些繁復(fù)的變速運動以及多種物體運動等問題。倘若僅僅拘泥于固定的思維，很不容易將物體的運動情況準確地分析出來，而作圖法能夠幫助受教育者展開清晰的思考，運算起來更加簡便。

二、運用作圖法解決微元法方面的問題

從本質(zhì)上來說，作圖法與微元法之間有很多相通的地方，微元法是指瞬間所改變的量，在圖象中的體現(xiàn)便是斜率；與此同時，微元法最后的疊加演算的表示也能夠用圖象中的面積，在解題過程中的步驟基本上是：第一步找到所求物理量的瞬間表達式，接著將當中的變量提取出來，最終運用作圖法根據(jù)面積進行解答。

例如：如上圖所示，一個光滑的金屬導(dǎo)軌MON于一個水平面上固定，其頂角為90度，導(dǎo)軌MO、NO具有相同的長度，M、N兩點之間的距離l=2m，這一系列裝備處在勻強磁場之中，磁感應(yīng)的強度大小為B=0.5T，方向為豎直往下，一根粗細勻稱、單位長度電阻值r=0.5Ω/m的導(dǎo)體棒在垂直于棒的水平拉力作用當中，在MN點用v=2m/s的速度沿著導(dǎo)軌方向往右進行勻速運動，在運動的時候，導(dǎo)體棒始終同導(dǎo)軌保持良好的接觸，忽略導(dǎo)軌的R，試求出導(dǎo)體棒在經(jīng)過金屬導(dǎo)軌這一系列過程當中所產(chǎn)生的焦耳熱是多少。

解析：一般來說，這道題可運用焦耳熱的相關(guān)公式進行解答，即Q=I2Rt，顯而易見，這是R隨時間進行變化的情形，計算的過程中需運用微元法，若是運用作圖法進行解題便能夠省去很多的步驟，不僅耗時短而且準確率更高。

第一步，將Q的瞬時表達式求出：

Q=I2Rt==×Δt×l

l=2-2x（x是水平方向運動的距離）

Q總=∑=∑×Δt×l

下一步，運用作圖法作出以下圖象，可以得出∑l×Δt是：

2m×0.5s×0.5=0.5m·s

再將其代進去，得出Q=1J

綜上所述，作圖法在高中物理教學(xué)當中發(fā)揮著極其重要的作用，運用作圖法，有助于學(xué)生對物理知識更深入地學(xué)習與更透徹地掌握，在實際的高中物理教學(xué)當中，廣大教育者應(yīng)當將作圖法有效地與所授物理知識相結(jié)合，引導(dǎo)受教育者在解決物理問題的過程當中能夠合理地運用作圖法，從而令教學(xué)成效以及受教育者對物理知識的掌握運用情況得以顯著提升。

參考文獻：

[1]吳天宇.用“作圖法”巧解高中物理問題[J].中學(xué)生理科應(yīng)試，2016（12）：26-28.

[2]堵健忠，孫林偉.教會學(xué)生用作圖法破解高中物理學(xué)習障礙[J].湖南中學(xué)物理，2017（4）.

？誗編輯 張珍珍endprint