高中物理图象法解题的应用

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  在高中物理中,图象法开辟了新的解题途径,为教师和学生提供了更加快捷的解题思路,它将数学和物理有机的结合起来,着重培养学生的思维能力,是一种行之有效的科学方法,成为物理教学中,非常重要的一种解题方法.它能够直观的体现不同物理量之间的变化的函数关系,并且非常形象的描述物理规律,展现其变化的整个过程.具有灵活多样及清晰明了的特点,进一步拓展了学生横向及纵向思维的深度及广度,避免了学习过程中的盲目性和主观随意性.因此在课堂学习中,学生必须要掌握和灵活运用这种图象解题法,可以为节省时间加快解题速度,起到事半功倍的作用.
  高中物理教材涵盖了力学、光学、电学、热学等各个领域,包含各种各样的实物图象,力学图示有:波形图、振动、速度图象以及位移图象;光学图象中有光路图;电学图象包括:交变电流、磁场线、电场线;热学图象包括:等温、等容图象.这些图象利用数学手段,将实物抽象化,能直观和生动的体现物理学的规律,在课堂学习中,在文字和公式的基础上,通过“看图说话”的讲解方式,更便于学生深入理解和掌握物理学的知识,训练学生快速的解题方式,帮助学生形成良好的解题习惯,进一步提高和完善高中物理教学质量,改进课堂教学方法,达到事半功倍的成效.
  1 利用图象法,巧妙的解决力学问题
  例1 在一物体的直线运动中,前进了t时间,路程是s.运行到s2处,速度是v1,处于t2时,速度是v2,则对比v1、v2的关系是
  A.在物体作匀速直线运动时,v1=v2
  B.在物体作匀减速直线运动时,v1  C.在物体作匀加速直线运动时,v1>v2
  D.在物体作匀减速直线运动时,v1>v2
  解析 根据题意,在物体作匀速直线运动时,无论是在何种位置,处于何种时刻,速度都是相等的,可见答案A是正确的;而当物体作匀变速直线运动时,利用运动规律求解相当复杂和繁冗,如果做出下面的v—t关系图线来体现物体的运动:
  则由图象可以清晰的判断出时间和位移的中点与速度的对应关系.根据图2示得出如下结论:在物体做匀加速和匀减速直线运动中,速度v1大于v2,所以正确答案应该是A、C、D.在v—t图线中,图线下面的面积代表位移,斜率代表加速度的方向和大小.利用这个图象来研究运动学,是相当方便和简单的.
  2 变力做功及变力冲量的求解
  采用F—x图象求解,是变力做功的求解方式之一.
  如图3:一物体放在固定斜面上,其右端与轻质弹簧连接,弹簧的劲度系数用k表示,以作用力F沿斜面向上的方向拉弹簧的右侧,当移动10 cm时,物体开始滑动,持续的拉动弹簧,求:当物体位移0.4 m时,拉力功率是多少? (k=400 N/m)
  解析 根据胡克定律F=kx判断,弹簧弹力和形变量之间成正比例.这个物理过程可以分为两个阶段来看:在第一阶段中,在物体保持不动的前提下,弹簧是随着作用点的位移而逐渐延长的,弹力呈线性变化;在第二阶段中,在物体的拉动过程中,拉力等同于恒力.从这两个过程来对F—x图象进行分析和判断,可以解出拉力的P=18 W.如果在方向保持不变的情况下的变力冲量,利用图象F—t中的“面积”,来对图象F—x中的“面积”进行求解,得出结论:功是力在位移上的累积.而在图象F—t中,“面积”所表征的冲量是力在时间上的累积,通过这两个图形,可以直观的体现和掌握功和冲量的物 理内涵.
  3 利用图象法,巧妙的解决电学问题
  方法 用图象U—I代表部分电路图.用图象的斜率来表示欧姆定律中导体的电阻U/I.
  一个白炽灯泡,其标注为“220 V 60 W”.在电压由零向220 V增加的过程中,下列电压U和电流I变化关系所示错误的图形线是
  在灯泡的发热过程中,灯丝的温度也会逐渐上升,灯泡的电阻将随着灯丝电阻率的不断增加而增加,斜率是不断增加的.因此在图线U—I中,只有答案B是正确的,其余都是错误的.
  教师在实际教学中,一定要经常的训练学生采用图象法来进行解题.通过图象法和解析法的对照比较,让学生深入理解图象法的种种玄妙,调动学生的思维能力,通过图象法的直观性,来对物理课中的难题和边缘问题进行分析和解答,培养学生用图象法解题的习惯,清晰的构建物理模型,找到解题的最佳途径.在解析法的基础上,将数形有机的结合起来,并有效加以利用,以此提升学生解决物理问题的能力.
  结语 在物理解题的过程中,利用物理量的变量做函数关系图,根据图形的面积来求解另一个物理量,这样的解题方式类似于高等数学的积分.对于高中生而言,这样的解题方法可以极好的锻炼形象思维能力,同时也能快速、有效的找到解题方法,培养了解题能力.
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