例析初中物理圖像題的解題策略

楊 鏈

(烏魯木齊市第九十八中學,新疆 烏魯木齊 831400)

物理作為一門重要學科,其研究內容主要以“兩個量、多個量相互關系”為主,而圖表法、圖像法等手段的運用,可以實現對這些關系的有效表示[1].為幫助初中生更好地理解和應用物理圖像,提高物理圖像問題的解題效率,突破物理圖像的學習難點,文章將通過典型例題分析圖像問題的解題策略.

1 點段分析,再現情境

點段分析主要是指逐個分析圖像關鍵點、關鍵段,從而獲得有用的物理信息.再現情境主要是指學生通過運用擬人的方式,對物理實驗中的物體進行有效模擬,然后,采用串聯物理信息的方式,達到再現實驗情境的目的,為后期解決物理問題提供重要的依據和參考[2].

例1小紅同學加熱冰塊,將冰塊融化為水,水加熱后沸騰過程繪制成如圖1所示的溫度隨時間變化的圖像.下列說法正確的是( )

圖1 溫度隨時間變化的圖像

A.水沸騰后,水溫度一直維持100 ℃,這表明處于沸騰狀態的水不會出現吸熱現象

B.冰在整個融化過程,溫度始終保持不變

C.與水相比,冰的升溫比較快,這表明冰的比熱容相對較小

D.圖中DE段主要代表冰的熔化過程

在求解這道物理圖像題時,教師可以引導學生分析四個關鍵段所傳遞的重要信息.學生經過分析發現:AB段,隨著加熱時間不斷推移,在冰塊吸熱狀態下,溫度始終保持不變,冰塊開始出現熔化現象,此時,固液態共存,整個熔化過程所花費時間為6 min,熔點為0 ℃,最終呈現為液態;CD段,隨著加熱時間不斷推移,水會吸走大量的熱量,此時溫度呈現出不斷增加的趨勢;DE段,隨著加熱時間不斷推移,水會吸走大量的熱量,并進入沸騰狀態,溫度始終保持不變,并呈現出液態,整個沸騰過程花費6 min,沸點達到100 ℃.學生通過分析關鍵點、關鍵段,采用擬人化方式,串聯整個試驗過程,然后,采用排除法,得到最終正確答案為C.

最后,引導學生思考C答案正確原因,學生經過思考后,做出以下解釋:加熱冰升高40 ℃,用了2 min,這表明,每分鐘可以升高20 ℃;水從0 ℃變成沸騰狀態用了6 min,這表明每分鐘升高16 ℃,所以,冰與水相比,冰的升溫速度相對較快,因此,冰的比熱容相對較小.

2 數理結合,圖像串燒

初中生已經重點學習和掌握函數正比例、反比例、二次函數等數學知識,因此,物理教師要引導學生利用初中數學知識解答物理圖像題,培養學生熟練運用數學知識解決物理問題的能力[3].

例2 將甲、乙兩種不同物質的質量(m)與體積(V)關系圖像表示為如圖2所示,下列說法正確的是( ).

圖2 甲乙兩種物質的質量與體積關系圖像

A.當兩種物質的體積相同時,甲物質的質量相對較大

B.當兩種物質的質量相同時,乙物質的體積相對較大

C.與乙物質相比,甲物質的密度相對較大

D.乙物質的密度為1.25×103kg/m3

在求解這道物理圖像題時,教師引導學生回憶同一物質質量與體積之間的關系,然后,提出問題:哪個學生可以站起來解釋這四個選項的對錯?在教師的鼓勵下,學生回答:首先,采用垂線法,向橫軸引出一條垂線,通過圖像截取并確保兩種物質的體積相同;然后,對比甲乙質量值,經過對比,發現甲物質的質量小,說明選項A錯誤.同理,使用相同方法,向縱軸引出一條垂線,通過圖像截取并確保甲乙兩種物質的質量相同,對比甲乙兩種物質的體積值,經過對比,發現乙物質體積小,所以選項B錯誤.接著,在前兩項分析的基礎上,運用密度計算公式,可以得出甲物質的密度較小,所以,選項C錯誤.最后,在乙圖像上,選取某一交叉點,該交叉點的縱坐標與橫坐標的比值就是乙物質的密度值,并對最終結果進行單位換算,得出D選項正確.本題當中,甲乙兩物質的質量與體積的圖像實際就是數學當中的正比例函數圖像,數學當中的斜率即與物質的密度相對應,所以通過比較圖像的斜率也可快速得出兩種物質密度的大小關系.

3 趨勢分析,預測結果

目前,物理圖像題除了涉及到定量計算題外,還涉及到定性表述題,定性表述題需要學生學會分析圖像趨勢[4].但是,大部分學生在求解這種類型物理圖像題時,往往比較困難,這是由于部分選型表述類似,并無明顯區別,一不小心就會落入命題者的陷阱之中.

例3一小石塊從某一位置自由下落,如果忽視空氣阻力,小石塊整個落地過程所對應的勢能(Ep)隨著時間(t)變化圖像可能是圖3中的哪一個圖像.

圖3 小石塊的重力勢能隨著時間變化圖像

教師引導學生回憶重力勢能的影響因素,考慮到小石頭自由下落,如果忽視空氣阻力,會產生怎樣的運動形式.學生經過分析,發現在相同時間內,小石頭下落的高度呈現出逐漸增加的趨勢,所以重力勢能隨著時間的推移不斷減小,而且減小的越來越快,選項C正確.這道題分析的關鍵是要清楚小石頭下落時,速度越來越大,相同時間內下落的高度越來越大,進而得出重力勢能隨著時間的變化趨勢.

4 尋找關聯量,破解選拔性試題

為培養學生的獨立自主學習能力,教師要引導學生學會構建相應的知識體系.而這一目標是實現,需要教師引導和鼓勵學生通過自身的認知,發現和應用新知識.對于這類復雜的圖像問題,需要通過尋找圖像中的關聯量,進而破解選拔性試題.

例4 在電磁鐵外軸線中,為研究影響其磁感應強度值的因素,某同學設計如圖4所示的電路圖.

圖4 電路圖

圖甲所用到的電源電壓值為 6 V,磁感應電阻用R表示,磁感應電阻在不同磁感應強度下阻值的變化曲線如圖5所示.此時,斷開圖乙的S2開關,閉合圖甲的S1開關,電流表讀數為多少mA.

圖5 磁感應電阻在不同磁感應強度下變化曲線

教師引導學生審題,找到“磁感應強度”這一新物理量,盡管學生對該新物理量比較陌生,但是,通過分析圖像,不難發現磁感應強度這一新物理量會影響磁感應電阻的阻值,它們存在關聯.學生在求解該題目時,說出以下求解思路:首先,要想求出電流表的讀數,應計算出電壓、電阻值,已知電壓為6 V,此時,需要求解出電阻值,經過審題后,發現S2開關是斷開的,接著通過觀察圖4,不難發現電磁鐵不存在磁性,這說明磁感應強度為0,通過讀圖發現,磁感應電阻阻值為100 Ω,所以,最終答案為60 mA.

綜上所述,為提高初中物理圖像問題的教學水平,教師要在全面分析圖線的基礎上,引導初中生學會分析和觀察圖線特點,并從圖像題中提取關鍵信息,培養抽象思維能力,提高靈活運用數學知識解決物理問題能力,同時提高物理圖像問題的解題效率.