“讀圖”在高中物理圖象類問題中的重要性

【摘要】隨著新課程改革的深入推進，圖象在高中物理教學中的重要性日益凸顯，特別是在圖象類問題中，學會“讀圖”已成為學生必備的一項技能.學會“讀圖”對于提高學生的物理學習效果具有重要意義，有助于培養學生的觀察能力、分析能力、邏輯思維能力和創新思維能力.本文針對高中物理功能關系圖象類問題，探討“讀圖”在物理教學中的重要性.

【關鍵詞】高中物理;讀圖能力;解題技巧

1 引言

在高中物理教學中，圖象類問題占據著重要的地位.圖象作為一種直觀、形象的表示方式，能夠有效地幫助學生理解和掌握物理概念、原理和方法.學會“讀圖”對于學生來說至關重要，它不僅能夠提高學生的觀察能力和分析能力，還能夠培養學生的邏輯思維能力和創新思維能力.在圖象類問題中，學生需要通過觀察圖象，提取出有用的信息，理解圖象所表示的物理意義，從而解決問題.這就要求學生具備一定的讀圖能力，能夠從圖象中獲取信息，理解圖象的內涵和外延，把握圖象之間的關系.本文將以一道功能關系圖象問題為例，探討學會“讀圖”在高中物理圖象類問題中的重要性.

2 試題呈現

質量為M=0.5kg的木板靜置在光滑水平面上，如圖1所示，質量為m=1kg的物塊以初速度v0=4m/s滑上木板的左端，同時給木板施加一個水平向右的恒力F，已知木板與物塊間的摩擦系數μ=0.2，物塊相對于木板滑動的距離為s.通過給木板施加不同大小的恒力F，可以作出1s－F的關系圖，如圖2所示，其中AB平行于橫軸.假設物塊可視為質點，最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，重力加速度取g=10m/s2，則下列說法正確的是（ ）

圖1 圖2

（A）若恒力F=0，物塊滑出木板時的速度為103m/s.

（B）當外力F=1N時，物塊恰好不能從木板右端滑出.

（C）圖中C點對應的恒力的值為4N.

（D）圖中D點對應的s值為43m.

3 思路分析

在分析動態系統時，圖象是理解物體運動的重要工具.圖2展示了物塊在木板上滑動的過程，以及物體在不同力的作用下的運動情況.讀圖時，需要注意物塊和木板的速度關系，以及它們之間的相互作用力如何隨時間變化.圖象中的臨界點表示物塊和木板速度相等的時刻，這是分析運動狀態轉變的關鍵點.通過圖象，學生可以觀察到物塊在何時何地開始減速，何時與木板達到共同速度，以及何時物塊可能從木板右端滑落.

本題中，若恒力F=0，根據動量守恒定律和能量守恒定律相結合計算物塊滑出木板時的速度；當F較小時，物塊將從木板右端滑下；當F繼續增大時，物塊減速、木板加速，物塊在木板上某一位置時，兩者具有共同速度，根據受力情況和運動情況求解BC段恒力F的取值范圍，得到1s－F的關系函數關系進行分析；當F較小時，物塊將從木板右端滑下，當F增大到某一值時物塊恰好到達木板的右端，且兩者具有共同速度v，根據牛頓第二定律結合速度—時間關系進行解答；圖2中DC臨界點對應的情況是物塊滑至某處時，木板與物塊已達到速度相同，求出兩者一起加速運動的臨界加速度，根據牛頓第二定律求解.

4 解法探究

若恒力F=0，M與m構成的系統動量守恒，取水平向右為正方向，

有mv0=mv1+Mv2，

12mv20－12mv21+12mv22=μmgs，

其中s=1m，

聯立解得v1=2m/s，v2=4m/s（不符合題意），

或者v1=103m/s，v2=43m/s.

故（A）正確.

當F較小時，物塊將從木板右端滑下，當F增大到某一值時物塊恰好到達木板的右端，且兩者具有相同的速度v，且經歷的時間為t；

對木板有牛頓第二定律可知F+μmg=Ma1，

解得物塊的加速度為a1=F+μmgM，

又μmg=ma2，v=v0－a2t=a1t，

s=v0+v2t－v2t=v02t，

聯立解得1s=F+34，

由圖2可知s=1m，代入解得F=1N，

所以當外力F=1N時，物塊恰好不能從木板右端滑出，

故（B）正確.

當F繼續增大時，物塊減速，木板加速，兩者在木板上某一位置具有共同速度，當兩者共速后能保持相對靜止一起以相同加速度a做加速運動，由牛頓第二定律可知F=M+ma，f=ma，

由于f≤fmax=μmg=2N，聯立解得F≤3N，

所以在BC段恒力F的取值范圍為1N≤F≤3N，

所以圖中C點對應的恒力的值為3N.

故（C）錯誤.

圖中D點對應的恒力的值為3N，此種情況是物塊滑至某處時，木板與物塊已達到相同的速度，之后物塊相對于木板向左運動，從左端離開；

設經過t1時間達到共速，對木板由牛頓第二定律得F+μmg=Ma3，

對物塊由牛頓第二定律得μmg=ma4，

解得a3=10m/s2，a4=2m/s2，

又v=v0－a4t1=a3t1，

s1=v0+v2t1－v2t1=v02t1，

聯立解得t1=13s，v=23m/s，s1=23m，

則圖中D點對應的相對位移值為s=2s1=2×23m=43m，

故（D）正確.

5 結語

本題通過非傳統的圖象分析方法，要求學生能夠從圖象中準確解讀物體的運動狀態，這對于提高學生的物理理解和分析能力具有重要意義.通過解決這類問題，學生能夠深化對物理概念的理解，并提升解決復雜物理問題的能力.總之，學會“讀圖”對于高中生物理學習具有重要意義.通過加強圖象教學和培養學生的讀圖能力，有望提高學生的物理學習效果，為學生的全面發展奠定堅實基礎.在未來教學中，教師應繼續關注和探討如何更好地利用圖象資源，提高物理教學質量，為培養具有創新精神和實踐能力的高素質人才貢獻力量.

參考文獻：

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

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