淺析圖象分析法在高中物理力學解題中的應用

汪家磊

摘 要：圖像分析法是指將高中物理知識中的抽象問題形象化、具現化的方法，高中生利用該方法解決物理力學問題，能夠從整體上理解兩個物理量之間的定量或定性關系。本文主要闡述圖象分析法在高中物理重力學、彈力學和摩擦力學中的應用，希望可以幫助高中生找到解決物理力學難題的突破點，有效提高物理成績。

關鍵詞：圖象分析法;重力;彈力;摩擦力

當高中生利用圖像分析法解決物理力學難題時，需要從圖像橫縱坐標的物理意義尋找解題思路，比如圖像中的線、點、截距、斜率、面積等。高中生利用圖像分析法分析、解決物理力學問題，能夠在提高解題速度的基礎上保證準確率，不僅可以有效避免復雜易錯的計算過程，還可以解決一些計算無法解決的問題。

一、圖象分析法在重力學中的應用

高中物理力學中指出改變物體運動狀態，促使物體產生形變的相互作用力是力，力是矢量，既有大小又有方向;重力的概念是指物體因受到地球吸引而發生狀態改變的力，重力公式為G=mg（g=9.8N/kg），它的方向為垂直向下。高中物理重力學中包含許多概念性和定理性內容，大多數重力學問題都是基于這些概念和定義展開，如果高中生在學習重力學知識時，不能將基礎概念內化，在解題時就會出現概念定理混淆的問題，導致解題思路偏差，影響最終結果的準確性。圖像分析法能夠幫助高中生將物理力學的抽象知識點轉化為形象圖像，對提高理解能力與分析能力具有積極影響。

例如，“世界跳高歷史在100年內發生了五次變革，順序依次是跨越式、剪式、滾式、俯臥式和背越式，背越式是當前的最新跳高姿勢，圖1是跨越式、俯臥式和背越式的跳高姿勢示意圖，問在姿勢變化的過程中重力發生了什么變化。”

根據圖片分析，我們可以得知，運動員采用不同的跳高姿勢，其重心距離橫桿的距離各不相同，跨域式跳高姿勢的重心距離橫桿大約有幾十厘米的距離，俯臥式與背越式的重心相對較低，背越式的重心甚至可以處于橫桿下方。由于“重心越低，垂直重力方向的力臂越短，對同一物體重力產生的力矩不變，同一物體邊緣的支持力越大”，所以降低重心高度可以增加物體的穩定度重心越低表示重力力矩越小，運動員的姿勢越平穩。

二、圖象分析法在彈力學中的應用

高中物理中彈力的定義是指當發生彈性形變的物體在恢復原狀時，與之接觸的物體所產生的力;由定義可以得出彈力產生的條件有兩個，一個是物體相互接觸，另一個是物體發生彈性形變;彈力的學習重點是“彈力產生條件”和“彈力的方向判定”。高中生在解決彈力學問題時，需要仔細讀題，認真分析彈力圖像信息，找出彈力問題關鍵點，提高解題準確性。彈力知識與日常生活現象具有較多的聯系，高中生在解決彈力問題時，需要具備較強的邏輯思維與抽象思維，在無法理解書面問題時，高中生可以利用圖象分析法，將圖像與知識點、生活現象結合，從而獲得更多解題思路。

例如，“在水平面光滑的桌面上平放兩個彈簧，將彈簧乙的一端掛在墻上，彈簧甲與彈簧乙相互勾連，如圖2所示，當在彈簧甲的右端掛鉤上施加100N的水平拉力時，彈簧甲與彈簧乙分別承受（）力？選項A.100N;0，選項B.100N;100N，選項C.0;100N，選項D.200N;100N”

由題可以畫出彈簧甲與彈簧乙的受力分析圖，如圖3和圖4所示：

對彈簧甲和彈簧乙分別進行受力分析，彈簧讀數與彈簧所受到的拉力相等，在研究某一彈簧時，可以將另一彈簧視為等效細繩。由于彈簧甲與彈簧乙都出現長度改變，所以彈簧受到的力不可能是0，因此選項A與選項C錯誤;彈簧甲和彈簧乙的掛鉤端僅承受100N的拉力，所以最大拉力不會超過100N，選項D錯誤;在研究彈簧甲受力時，若彈簧乙為等效細繩，那么可以說彈簧甲處于靜止狀態，所以承受拉力大小為100N，在研究彈簧乙時，可以將彈簧甲視為等效細繩，得出彈簧乙承受拉力大小為100N，所以選項B正確。

三、圖象分析法在摩擦力中的應用

摩擦力是高中物理力學的重要內容，高中生在學習摩擦力時，不能以偏概全，要掌握每一個基礎知識，最好形成力學系統知識框架圖，避免在解決摩擦力問題時，因記憶模糊導致解題思路不正確，影響最終結果的準確性。高中生在學習摩擦力時，可以結合生活中的物理現象理解知識點，例如在學習“影響摩擦力的因素”時，我們可以利用自行車剎車現象思考是什么原因令自行車停止運動，究其原因可以發現在自行車剎車時，自行車轱轆的鋼圈與膠皮墊產生摩擦力，對車輪的轉動施加壓力，輪胎與地面之間所產生的轉動摩擦力在此時轉變成滑動摩擦力，在多種因素影響下，自行車才停止運動。

例如，“將一個質量是20kg、長度為5米的木板放在水平面上，木板與水平面之間的動摩擦因數為0.15;將某質量為10kg的小木塊，以每秒4米的速度從木板左端水平拋射到木板上，動摩擦因數為0.4，本題中最大靜摩擦力近似等于滑動摩擦力，請問木板是否滑動？”

根據題面，我們可以畫出木板與小木塊的摩擦示意圖，如圖5所示：

由圖5可以畫出小木塊和木板的受力分析圖，如圖6所示：

由圖可以分析得出，小木塊對木板的摩擦力為f1=動摩擦因數×質量×g（g=9.8N/kg）=0.4×10×9.8=39.2N，地面對木板的摩擦力f2=動摩擦因數×（木板質量+小木塊質量×g（g=9.8））=0.4×（20+10×9.8）=47.2N。由于f1<f2，所以木板一定靜止不動，此題應該選擇A。

綜上所述，圖象分析法可以應用到物理力學的多個分支內容中，重力學、彈力學和摩擦力學是高中物理力學的主要組成部分，具有一定的解題難度。高中生若是利用圖像分析法解決上述力學問題，便可以將抽象的物理問題轉化成具象的物理圖像，能夠幫助高中生提高解題速度和解題準確率，有利于提高學習質量。

參考文獻：

[1]周潤霖.淺談如何從生活現象中學習高中物理力學概念[J].數字通信世界，2018（06）：253.