圖象法應(yīng)用于高中物理解題中的實(shí)踐

【摘要】本文旨在通過案例分析，深入探索如何將圖象法應(yīng)用于高中物理的教學(xué)和問題解決中，從而幫助學(xué)生構(gòu)建更加直觀且清晰的物理概念，并加強(qiáng)他們解決實(shí)際物理問題的能力.

【關(guān)鍵詞】圖象法；高中物理；解題教學(xué)

高中物理作為自然科學(xué)的一門重要學(xué)科，涉及許多抽象的物理現(xiàn)象和理論.在解題過程中，學(xué)生常常會(huì)遇到一些難以直觀理解的問題，對(duì)于這些問題如何有效地進(jìn)行解析和解決成為了教學(xué)的重要挑戰(zhàn)之一[1].圖象法作為一種直觀、具體的解題方法，能夠幫助學(xué)生更好地理解和應(yīng)用物理原理，解決實(shí)際問題.本文將從人教版高中物理教材的角度出發(fā)，結(jié)合實(shí)踐案例，探討圖象法在高中物理解題中的具體應(yīng)用.通過深入研究圖象法在高中物理教學(xué)中的實(shí)踐意義，旨在為教師和學(xué)生提供一種全新的解題思路和方法，促進(jìn)學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的深入理解和應(yīng)用[2].

1 圖象法的理論基礎(chǔ)

圖象法是高中物理解題中的一種方法，它通過將物理過程轉(zhuǎn)化為直觀圖象進(jìn)行分析.依賴于幾何學(xué)原理來建立物理現(xiàn)象的圖象模型，圖象法通過可視化手段輔助理解和求解物理問題.在光學(xué)中，用于解釋光線在不同介質(zhì)中的傳播行為；在力學(xué)中，通常應(yīng)用于解決靜力學(xué)與動(dòng)力學(xué)問題.這種方法將抽象的物理概念具象化，幫助學(xué)生更好地理解物理概念，增強(qiáng)對(duì)問題的直觀認(rèn)識(shí)，減少解題過程中的認(rèn)知負(fù)擔(dān)，有助于培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和解決問題的能力.

2 圖象法的應(yīng)用范疇

在高中物理中，圖象法在力學(xué)、電學(xué)和光學(xué)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用.在動(dòng)力學(xué)中，通過繪制位置-時(shí)間圖和速度-時(shí)間圖，學(xué)生可以直觀地理解物體運(yùn)動(dòng)的變化趨勢(shì)，幫助分析加速度、減速度等問題.在電學(xué)領(lǐng)域，圖象法在電路圖解析中起到重要作用，幫助學(xué)生更好地理解電流的流動(dòng)路徑、電壓的變化情況以及電阻的作用.在光學(xué)領(lǐng)域，光路圖和影像分析是圖象法的重要應(yīng)用之一，幫助學(xué)生更好地理解光線在反射、折射等光學(xué)現(xiàn)象中的路徑和變化規(guī)律，并分析凸透鏡和凹透鏡成像規(guī)律.圖象法通過可視化手段幫助學(xué)生更直觀地理解物理現(xiàn)象和問題，提高學(xué)習(xí)效率，并加深對(duì)物理知識(shí)的理解[3].

3 實(shí)際案例分析

例1 物體做直線運(yùn)動(dòng)的v-t圖象如圖所示，根據(jù)圖象提供的信息可知（ ）（多選）

（A）物體在前4秒的運(yùn)動(dòng)初始加速度為2m/s2.

（B）在前8秒內(nèi)，物體的位移為32m.

（C）物體在0～4秒和4～6秒內(nèi)的運(yùn)動(dòng)，加速度方向相反.

（D）在0～4秒和4～6秒內(nèi)，物體的平均速度相等.

解析 圖象的斜率表示加速度，則第4s初物體運(yùn)動(dòng)的加速度a=ΔvΔt=8-44m/s2

=1 m/s2，故（A）項(xiàng)錯(cuò)誤；圖象與坐標(biāo)軸圍成面積代表位移，前8s內(nèi)物體運(yùn)動(dòng)的位移x=12×（4+8）×4 m+12×8×2m=32m，故（B）項(xiàng)正確；在0～4s內(nèi)與4～6s內(nèi)物體運(yùn)動(dòng)的速度都為正，加速度方向相反，故（C）項(xiàng)正確；在0～4s內(nèi)的平均速度v1=4+82m/s=6m/s，4～6秒內(nèi)的平均速度v2=0+82m/s=4m/s，故（D）錯(cuò)誤.

例2 以下是小車在公路上行駛的x-t圖象，請(qǐng)判斷出正確的選項(xiàng)（ ）

（A）物體在第1秒內(nèi)的加速度為1m/s2.

（B）從第2秒到第3秒，物體的位移為3m.

（C）4秒內(nèi)通過的總路程為4m，但位移為-2m.

（D）在4秒內(nèi)，物體的運(yùn)動(dòng)方向保持不變.

解析 物體在0～1秒的運(yùn)動(dòng)過程中，其速度是恒定的，因此該段時(shí)間內(nèi)物體進(jìn)行的是勻速直線運(yùn)動(dòng)，而非加速運(yùn)動(dòng)（即加速度為0），因此選項(xiàng)（A）是錯(cuò)誤的.在1～3秒的時(shí)間段內(nèi)，物體的速度為0，表示物體處于靜止?fàn)顟B(tài)，因此從第2秒到第3秒的時(shí)間段內(nèi)，物體的位移為0，因此選項(xiàng)（B）是錯(cuò)誤的.物體在4秒內(nèi)的總路程可以通過將每個(gè)時(shí)間段內(nèi)的位移相加來計(jì)算，即s=（3m-2m）+（0m-3m）=-2m，因此選項(xiàng)（C）是正確的.斜率的正負(fù)表示速度的方向，因此物體在0～1秒內(nèi)的速度方向與3～4秒內(nèi)的速度方向相反，因此選項(xiàng)（D）是錯(cuò)誤的.

例3 在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，有兩個(gè)物體疊在一起，其中一個(gè)是物塊，另一個(gè)是木板.這個(gè)物塊被一根不能伸長的線繩牽引著，該繩子在水平方向上與一個(gè)固定在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的力傳感器相連.從時(shí)刻t=0開始，木板就開始受到一個(gè)水平方向上的外力作用.在t=4秒的時(shí)候，這個(gè)外力停止作用.通過（圖b）記錄了這段時(shí)間內(nèi)，繩子施加在物塊上的拉力是如何隨時(shí)間t發(fā)生變化的.且拉力的大小隨著時(shí)間的推移而變化.圖（c）顯示了木板的速度v隨時(shí)間t的變化關(guān)系.可以看出，木板在開始受到外力時(shí)加速度增加，直到外力被撤去后速度逐漸減小.需要注意的是，在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，木板和實(shí)驗(yàn)臺(tái)之間的摩擦可以忽略.在這個(gè)問題的設(shè)定中，重力加速度的值被確定為10m/s.可以通過所提供的數(shù)據(jù)得出相關(guān)的結(jié)論（ ）（多選）

（A）在實(shí)驗(yàn)中，木板真正的質(zhì)量為1kg.

（B）在時(shí)間段2秒到4秒內(nèi)，外力F的大小恒定為0.4N.

（C）在時(shí)間段0秒到2秒內(nèi)，F(xiàn)的大小保持不變.

（D）其中，物塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)是0.2.

解析 在0秒到2秒的時(shí)間段內(nèi)，物塊和木板之間還沒有發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，因此它們之間的摩擦力是靜摩擦力，這意味著摩擦力的大小等于外力F這個(gè)過程中F是變力，所以選項(xiàng)（C）是錯(cuò)誤的.在2秒到5秒的時(shí)間段內(nèi)，物塊和木板發(fā)生了相對(duì)滑動(dòng)，這意味著它們之間的摩擦力轉(zhuǎn)變?yōu)榛瑒?dòng)摩擦力.根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律，可以得到2秒到4秒和4秒到5秒的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程.通過求解這些方程，我們可以確定物塊的質(zhì)量為1kg，并且2秒到4秒內(nèi)外力F的大小為0.4N.因此，選項(xiàng)（A）和（B）是正確的.沒有給出物塊的質(zhì)量信息，所以無法計(jì)算物塊和木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)u.因此，選項(xiàng)（D）是錯(cuò)誤的.

參考文獻(xiàn)：

[1]鄧敏.圖象法在高中物理解題中的應(yīng)用[J].數(shù)理化解題研究，2023（31）：106-108.

[2]林春艷.淺談圖象法在高中物理試題中的應(yīng)用[J].數(shù)理化解題研究，2023（13）：122-124.

[3]黃春連.圖象法在高中物理習(xí)題教學(xué)中的應(yīng)用研究[D].蘭州：西北師范大學(xué)，2023.