浅谈高中物理教学中的图象法

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  【摘要】高中物理中的图像是通过应用物理的方法从实物、从实验中抽象出来的或是应用数学手段总结出来的。它能够形象的反映物理规律,表达物理知识。比枯燥的文字、公式更容易理解,但是不易掌握。本文拟从课堂实践谈几点有关图象教学的想法与做法,促使教师注重图象教学,强化学生的能力培养。
  【关键词】图像法物理教学新课程
  一.方法介绍
  物理规律可以用文字来描述,也可以用数学函数式来表示,还可以用图象来描述。利用图象描述物理规律、解决物理问题的方法称之为图象法。物理图象有很多类型,如模型图、受力分析图、过程分析图、矢量合成分解图、函数图象等。图象具有形象、直观、动态变化过程清晰等特点,能使物理问题简化明了;更重要的是它能将物理学科与数学、信息技术等其他学科有机地结合起来,增强学生的综合素质能力。上海市二期课改新教材中明确提出,用DIS实验将物理规律通过用图形计算器、计算机将数据采集器采集到的数据以图象的形式呈现给学生,要求学生通过对图像的分析,应用图形计算机对图线进行拟合来确定物理量之间的关系,探究物理规律。
  二.关于高中新课程物理图象的几点印象
  1. 物理图象是新课程中的一种重要元素;
  我们细心来分析一下新人教版教材就会发现,其中的物理图象已成为新教材中一种重要的元素,其出现的频率与广度明显较老教材多。笔者仅从现行的《高中物理必修1》教材中的一些典型物理图象做一次归纳性的呈现,列表如下:
  新教材中的高中物理课本增加的图象很多,它们既形象直观又准确客观地反映了物质的属性,又能够起到文字教材不能替代的作用。能否正确挖掘这些图象中的功能,决定着学生能否正确、快速地解决一些物理问题。例如“速度-时间”图象,一方面从图象中可以看出任何时刻的速度大小,另一方面还可以看出速度变化的情况,即加速度。同时,它还包含了位移的大小等于速度线与时间坐标围成的面积。
  三.图象法在平时的教学中的应用
  图象法解题有许多优点,但如何让学生领会并掌握这种行之有效的方法却并非简单,在教学中应着重从图象的物理意义、图象的坐标选取和图形的建立这两方面加以指导训练。下面着重从图象的坐标选取和图形的建立这两方面来加以讨论。
  第一步:根据对图象的物理意义的把握,能自觉自如地处理解决与图象有关的物理问题。
  首先教师在平时的教学中要经常地把对物理概念、定义、规律、定律等的教学图象化,这样通过平时教学的潜移默化让学生对图象有个较扎实、深刻的理解。
  其次教师在教学分析图象时力求做到讲清、讲全、讲透。清:图象的物理意义要清,不拖泥带水;全:一个物理图象中所隐含的所有物理信息要分析全面,让学生对整个图象的物理意义有一个横向的理解;透:讲到一个图象时,应能举一反三把这个图象与以前学过的类似的图象联系起来,让学生能对图象有一个纵向的把握。
  最后在平时的教学训练中,教师要经常地收集一些有关图象的题目让学生加以训练。用一些图象法能一目了然而解析法较难解决的题目来训练学生,让学生深刻体会到图象法解题的妙处,使学生在内心深处渴望用图象法来解决物理问题。
  如在图8中A表示电源的总功率与电流的关系图,B表示电源内部的发热功率与电流的关系图,试求电源的电动势和内阻;CD线段表示的物理意义,等于多少?
  分析这个图象,不难发现A的斜率即为电源的电动势3v,A、B相交的点表示电源短路的情况,进而能分析出电源的内阻为1Ω。进一步分析CD线段,它表示当电流为2A时,外电路的电功率。
  象这种例题非常能激起学生对图象法解决物理问题的兴趣,进而能熟练地掌握图象法的精髓,从而提高学生解决物理问题的能力。
  第二步,在上述基础上,引导学生根据实际问题的要求,灵活地建立坐标,应用图象解决实际问题。
  例如,已知蚂蚁离开巢沿直线爬行,它的速度与到蚁巢中心的距离成反比,当蚂蚁爬到距巢中心的距离L1=1m的A点处时,速度是v1=2cm/s。试问蚂蚁从A点爬到距巢中心的距离L2=2m的B点所需的时间为多少?
  本题若采用将AB无限分割,每一等分可看作匀速直线运动,然后求和,这一办法原则上可行,实际上很难计算。但如果我们用图象法解题根据题中一个关键条件:蚂蚁运动的速度v与蚂蚁离巢的距离x成反比,即 1Vxx,作出 1V=﹣x图象,如图9所示,为一条通过原点的直线。从图上可以看出梯形ABCD的面积,就是蚂蚁从A到B的时间: T=12(1V1 1V2)(L2-L1)=L22-L212L1V1=75s
  解本题的关键是确定坐标轴所代表的物理量,速率与距离成反比的条件,可以写成 vx1X,也可以写成1Vxx,若按前者确定坐标轴代表的量,图线下的面积就没有意义了,而以后者来确定,面积恰好表示时间。可见合理地选取坐标是应用图象法解决物理问题的关键所在。
  通过长期的训练,使学生能正确利用图象解决问题,开拓了思路,提高了能力。当然在应用图象法解决物理问题的过程中。并非要削弱解析法的应用。在物理教学中应提倡解析法与图象法的有机结合。这是因为数与形是反映事物间关系的两种不同形式,但数与形又是统一的,它们都可以用来描述物理变化的规律。两种形式之间是可以相互补充、相互转化的,数缺形时少直观;形少数时难入微。总之图象法是解决物理问题的一种重要手段,我们在平时的教学中要善于培养学生识图、建图、用图的能力,努力提高学生的基本素质。
  参考文献
  [1]赵文军《建图在物理教学中的运用》中学物理教学参考第29卷第5期
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