高中物理論文例說高中物理圖象的那些事兒

1、高中物理論文樂在圖中例說高中物理圖象的那些事兒摘要: 物理圖像法是數(shù)形結(jié)合的思想方法在高中物理領(lǐng)域的滲透。在研究物理問題中，為了描述一個物理過程，我們一般用詳細的文字去表述，有時也用數(shù)學算式去表達，也有時用物理圖像描述，但凡能用物理圖像描述，那一定會使問題變得直觀且容易理解。本文從圖象的點，線，面等多方面多角度介紹這種直觀，形象描述物理規(guī)律的圖象法，并闡述其在高中物理中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：物理圖像 點 線 面 斜率 圖像應(yīng)用物理圖像是描述物理的過程，展現(xiàn)物理的規(guī)律，揭示物理問題的重要方法之一。物理圖像有很多類型，如模型圖，受力分析圖，運動過程圖，矢量合成與分解圖，函數(shù)圖像等，具有形象、直觀、動態(tài)變

2、化過程呈現(xiàn)清晰等特征，可以迅速使物理問題簡化，使物理量之間的關(guān)系明了，更重要的是它能將物理學科與數(shù)學、信息技術(shù)等其他學科有機地結(jié)合起來，有利于幫助學生理解并掌握物理概念和規(guī)律，有利于學生簡化問題過程,提高學生分析和解決物理問題的能力，有利于培養(yǎng)學生采用數(shù)形結(jié)合思想形象表達物理規(guī)律，靈活處理物理問題的能力。因此，在高中物理教學中被廣泛的應(yīng)用。一高中物理涉及的物理圖象關(guān)于高中物理課本中涉及到的常用的物理圖像，可歸類為：力學：受力分析圖、矢量合成分解圖，位移時間，速度時間，力時間，力位移，振動圖像，共振圖像，波動圖像等。電學：電壓電流，電壓時間，電流時間等。電磁學：電容電量和兩極板電壓圖像，磁通量圖

3、像，感應(yīng)電流圖像，磁感應(yīng)強度圖像等。熱學：分子力圖像，分子勢能圖像等。光學、原子核：光電效應(yīng)圖像，衰變圖像等。實驗：彈簧的彈力圖像，伏安特性曲線，路端電壓電流等。所有以上的物理圖像都形象直觀地反映了物理量的變化規(guī)律，它們有很多共同性或類似的地方，我們可以從總體上把握物理圖像。二從軸、點、線、面、斜率五個層次看懂圖象的物理意義1看軸：弄清直角坐標系中，橫軸、縱軸代表的物理含義，則清楚了圖像所反映的是哪兩個物理量之間的對應(yīng)關(guān)系。有些形狀相同的圖像，由于坐標軸所代表的物理量不同，它們反映的物理規(guī)律就截然不同，如振動圖像x-t圖和波動圖像y-x圖。另外，在識圖時還要看清坐標軸上物理量所注明的單位等。2

4、看點：物理圖像上的“點”反應(yīng)某一物理狀態(tài)，要弄清圖像上任一點的物理意義，實質(zhì)是兩個軸所代表的物理量的瞬時對應(yīng)關(guān)系，因此物理中常常利用圖象中的點來求解物理問題，特別是“截距點”、“交點”、“極值點”、“拐點”，它們往往對應(yīng)一個特殊狀態(tài)，因為這些點具有特殊的物理意義。如圖象與縱軸或橫軸的交點：從數(shù)學的角度看，這些點取值容易，且計算方便；從物理角度看，這些點具有鮮明的物理意義。下面我們著重要了解截距點、交點、極值點、拐點等這些特殊點的物理意義。 （1）截距點。反映了當一個物理量為零時，另一個物理的值是多少，也就是說明確表明了研究對象的一個狀態(tài)?？v軸截距，和一般的橫軸截距不同，它代表物理過程的初狀態(tài)情

5、況，在位移-時間圖像中，就是初始位移。有時候截距點是題目中的隱含條件，不輕易的告訴我們，這時候更應(yīng)該靠自己去挖掘，如例1、在測電池的電動勢和內(nèi)電阻的實驗中，根據(jù)得U-I圖像，由圖像得出電池的電動勢E=_ V，內(nèi)電阻r=_ 。 圖1解析：從圖線與縱軸的截距得出電動勢E=1.5V，不能把圖線與橫軸的截距0.6A當作短路電路，而應(yīng)該是r=E/I短=2.5。（2）交點。即圖線與圖線相交的點，它反映了兩個不同的研究對象此時有相同的物理量。（3）極值點。它可表明該點附近物理量的變化趨勢。（4）拐點。通常反映出物理過程在該點發(fā)生突變，物理量由量變到質(zhì)變的轉(zhuǎn)折點。拐點分明拐點和暗拐點，對明拐點，學生能一眼看出

6、其物理量發(fā)生了突變。圖2圖3如圖2中的P點反映了加速度方向發(fā)生了變化而不是速度方向發(fā)生了變化。而暗拐點，學生往往察覺不到物理量的突變。如圖3中P點看起來是一條直線，實際上在該點速度方向發(fā)生了變化。3看線：圖像上的一段直線或曲線則反應(yīng)一段物理過程，在圖象中圖線的形狀是多種多樣的，有直線、有曲線，還有折線等，所以首要的分析圖線所反映兩個物理量之間的關(guān)系，進而明確圖象反映的物理內(nèi)涵。其中包括 “切線”“連線”，“輔助線”等。（1）“切線”，某一點的切線即為斜率，也往往代表另一個物理量的規(guī)律，看兩軸所代表物理量的變化之比的含義。例如x-t、v-t圖像中切線的斜率分別對應(yīng)的是速度、加速度；閉合電路中路端

7、電壓和電流U-I圖像的斜率的絕對值表示的是“電源的內(nèi)阻”；一般來說，圖像切線的斜率對應(yīng)縱橫坐標物理量變化量的比值，而不是物理量的比值，在問題分析中要注意對它們的理解。（2）“連線”，在圖像中，某兩點連線能反映與題目圖像相類似物理規(guī)律，又因為連線是線性的圖像，所以比題目中的所給圖像簡單，我們在分析過程中可以用來相互對比分析，從而能得到一些定性的結(jié)論。例2、某物體做直線運動的速度時間圖象如圖4所示，若初速度的大小為v0，末速度的大小為vt，則在這段時間內(nèi)物體的平均速度v和加速度a的說法中正確的是(   )。A.v等于1/2（v0+v1）  B.v大于1/2（v0+v1

8、）C.a的大小和方向都沒有變化 D.a隨時間逐漸減小 解析：用直線連接圖像始末兩點，我們可以知道這一連線為勻加速直線運動的圖像，所以它的平均速度為1/2（v0+v1） ，而本題物體運動情況與之相比：位移比勻變速直線運動要大(看圖像與時間軸所圍的面積，面積可以表示位移），而時間相同，所以該物體的平均速度大于1/2（v0+v1） ；v-t圖像中斜率可以表示加速度，那我們可以找?guī)c化“切線”，看斜率的變化情況就可以比較出a的變化。（3） “輔助線”，物理中許多圖像問題具有開放性，如果我們定量分析較難，我們可以通過作圖，然后在圖像中添加“輔助線”，立刻就會“豁然開朗”，從而茅塞頓開

9、，使問題迎刃而解，從而形象、直觀地解決問題。在電學實驗數(shù)據(jù)處理中，圖像與坐標軸的交點沒有的“附加”上去，看看有無特定的物理意義，下面舉一例說明：例3、如圖5所示，滑動變阻器的滑片P向右滑動，結(jié)果理想電壓表的示數(shù)變化了3V，理想電流表的示數(shù)變化了2A，求電源的內(nèi)阻。        解析：該題若用邏輯推導方法非常復雜，而且容易出錯，如果按圖創(chuàng)建兩條“輔助線”很容易發(fā)現(xiàn)路端電壓與電流強度的圖像的斜率就等于 ，所以以上通過幾個典型而簡單的問題不難看出，合理地運用圖像的切線、連線、延長線、對稱線、補償線等解決某些圖像問題，具

10、有簡單、直觀和另辟蹊徑的特點。靈活巧妙地運用圖像去分析問題可以使學生開拓思路，提高興趣，化繁為簡，化難為易，不失為一個解題妙招，同時也是提高學生科學素養(yǎng)、培養(yǎng)學生探究能力的一個切入點。4看面積：圖像和坐標軸所構(gòu)成的“面積”，常與某一表示過程的物理量相對應(yīng)，不僅使思路更加清晰，而且在很多情況下可以使復雜的過程得到簡化，起到比解析法更巧妙、更靈活的獨特效果。如v-t圖中，圖線與t軸所夾的面積代表位移，F(xiàn)-s圖像中圖線與s軸所夾的面積代表功。學習圖象時，有意識地利用求面積的方法，計算有關(guān)問題，可使有些物理問題的解答變得簡便。例4、如圖所示，甲、乙兩光滑斜面的高度和斜面的總長度都相同，只是乙斜面由兩部

11、分組成，將兩個相同的小球從兩斜面的頂端同時釋放，不計拐角處的機械能損失，試分析兩球中誰先落地。 解析：若用公式求解此題，很難建立簡單的函數(shù)解析式。若用 v-t圖象分析，由于甲、乙兩光滑斜面的高度相同，根據(jù)機械能守恒定律可得兩球落地時速度大小相同。由于斜面的傾斜程度不同，對兩小球進行受力分析可知，乙圖中，小球在前部分的加速度大于甲，后部分的加速度小于甲。由于甲、乙兩光滑斜面的總長度相同，在v-t圖象上，應(yīng)使兩條圖線與t軸圍成的面積相等。 由v-t圖象看出，t甲 < t乙，乙圖中的小球先落地。5.看斜率：利用過圖象上某點切線所確定的斜率，無論是直線還是曲線，斜率就是表示縱

12、軸和橫軸比值的那個物理量。如：s-t圖象的斜率確定的速度v、v-t圖象的斜率確定的加速度a、U-I圖象的斜率確定的電阻。只要理解了斜率的物理意義，這樣就可以輕松面對和運用此類變化。綜上所述，高中物理中的圖象法充分地利用了數(shù)學圖象的“點”、“線”、“面”。把握好不同物理圖象中的“點”、“線”、“面”的不同的物理意義，相應(yīng)的問題才會迎刃而解。 三.應(yīng)用圖像解決物理實際問題在總體上掌握圖像各項基礎(chǔ)意義上，對圖像問題進行梳理，主要從應(yīng)用圖像解決問題的方法上進行分類歸納。通過具體的實例總結(jié)出每一類問題的解決問題的關(guān)鍵，以便舉一反三。1從圖像中獲取信息yxOABCDEFGHI上下圖6例5、一簡諧橫波在x軸

13、上傳播，在某時刻的波形如圖6所示。已知此時質(zhì)點F的運動方向向下，則（ ）A、此波朝x軸負方向傳播B、質(zhì)點D此時向下運動C、質(zhì)點B將比質(zhì)點C先回到平衡位置D、質(zhì)點E的振幅為零解析 波動圖像本身有著特定的物理意義，由質(zhì)點的振動方向判斷波傳播方向，有多種不同的方法。從波的產(chǎn)生過程來看，可取G點為參考點，G點已達到下方最大位移，而F點向下運動，正處在向下方最大位移運動的過程中，因此可見F點的振動落后于G點，所以該橫波向左傳播，A正確。再根據(jù)波的傳播方向，可判斷其他各點的振動情況，B正確C不正確。在波動過程中，各點的振幅都一樣，E點的振動位移雖為零，但振幅不為零，D不正確。2從圖像展現(xiàn)物理情境例6、將一

14、個力電傳感器接到計算機上，可以測量快速變化的力。用這種方法測得的某單擺擺動過程中懸線上拉力大小隨時間變化的曲線如圖7所示。由此圖線提供的信息做出下列判斷： t02s時刻擺球正經(jīng)過最低點；t11s時擺球正處于最高點；擺球擺動過程中機械能時而增大時而減??；擺球擺動的周期約是T06s。正確的是哪些判斷？ 解析：如圖7所示，則在最低點懸線受到的拉力最大；則在最高點懸線受到的拉力最??；又由于受到阻力的作用，物體做阻尼振動，機械能減??；再根據(jù)周期性可得本題的正確答案是。y/cmt/s12345601-1x1x23從提供的物理情境畫出相對應(yīng)的圖像例7 、一列沿x軸正向傳播的簡諧波，在x1=10cm和x2=1

15、10cm處的兩質(zhì)點的振動圖線如圖8圖8所示。則質(zhì)點振動的周期為 s，這列簡諧波的波長為 cm。解析 從振動圖像上可直接讀出周期T=4s。x11x21在求該簡諧波的波長時，如果仍從振動圖像入手，理解上較困難。為此，可根據(jù)質(zhì)點的振動圖像畫出某一時刻（如t=0）一個周期內(nèi)的波形圖，如右圖所示，顯然有n+（1/4）=100， =400/（4n+1），n=0，1，2，。四圖象問題解題思路總結(jié)物理圖象法是描述和解決物理問題的重要手段之一，若靈活運用, 可快速解決實際問題，有些題目用平常的解析法來解，相當繁瑣，若能結(jié)合圖象，往往能起到化難為易的效果。下面是圖象問題解題思路的總結(jié)： 1.從圖象中獲取相關(guān)有效信息，把握物理量之間的關(guān)系。 2.由圖象展現(xiàn)物理情境，找準各圖線對應(yīng)的物理過程，挖掘“特殊點”等隱含條件。3.由提供的物理情境畫相應(yīng)的圖象，利用物理圖象，增強對物理過程的理解，再對物理過程進行相關(guān)分析。 4.對實現(xiàn)圖像間的相互轉(zhuǎn)換。如將a-t圖轉(zhuǎn)化為v-t圖。綜上所述：圖象法作為高中物理學習和研究