把握?qǐng)D像的物理意義 培養(yǎng)學(xué)生圖解能力①

(廣東省清遠(yuǎn)市華僑中學(xué),廣東 清遠(yuǎn) 511500)

核心素養(yǎng)是學(xué)生應(yīng)具備的能夠適應(yīng)終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力，高中階段是學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)、培養(yǎng)持續(xù)學(xué)習(xí)的能力、發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的關(guān)鍵階段。高中物理課程中的概念和原理有很大部分是通過數(shù)學(xué)表征來呈現(xiàn)的，解決物理問題很大程度上是針對(duì)物理量間的因果關(guān)系、通過函數(shù)圖像的描述來達(dá)成目的的。因而，在高中物理教學(xué)中，有效結(jié)合物理量的函數(shù)式和物理圖像的教學(xué)，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)解決物理問題的能力有很大的幫助。

1 透過圖像的“形”和“義”，加深對(duì)物理概念的理解

物理概念是高中物理中最基本的內(nèi)容，能深刻理解物理概念的內(nèi)涵是學(xué)好物理的必要前提。通過詮釋圖像的“形”和“義”，可以幫助學(xué)生加深對(duì)物理概念的理解，從而為后續(xù)學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

圖1

圖2

圖3

可見，通過圖像的斜率和物理量的定義式的分析、比較，能客觀地反映物理量與物理圖像斜率的關(guān)系，使學(xué)生對(duì)物理量的學(xué)習(xí)從表面的認(rèn)知上升到對(duì)物理概念內(nèi)涵的理解。

2 透過圖像形態(tài)變化，判斷物理過程的演變規(guī)律

物理圖像的斜率與物理量有著緊密的聯(lián)系，如在上述s-t圖像中，物體運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度等于圖像的斜率，通過圖像的變化規(guī)律可知瞬時(shí)速度的方向和大小的變化情況。在上述U-I圖像中，雖然導(dǎo)體的電阻和圖像的斜率不完全相等，卻也可以通過斜率的變化趨勢(shì)反映出電阻的變化趨勢(shì)。透過物理圖像斜率的變化趨勢(shì)，判斷物理量和物理過程的演變情況，能夠幫助學(xué)生快速解決問題。

例1(2014年新課標(biāo)全國(guó)卷Ⅰ)：如圖4(a)所示，線圈ab、cd繞在同一軟鐵芯上，在ab線圈中通以變化的電流，用示波器測(cè)得線圈cd間電壓如圖4(b)所示。已知線圈內(nèi)部的磁場(chǎng)與流經(jīng)線圈的電流成正比，則下列描述線圈ab中電流隨時(shí)間變化關(guān)系的圖中，可能正確的是( )。

圖4

解析：由圖4(b)可知cd間的電壓大小是不變化的，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可判斷出線圈cd中磁通量的變化率是不變的，又因已知線圈內(nèi)部的磁場(chǎng)與流經(jīng)線圈的電流成正比，所以線圈ab中的電流是均勻變化的，即i-t圖像的斜率大小不變。這樣很快就排除了A、B、D三個(gè)選項(xiàng)，得到C選項(xiàng)是正確的。

綜上所述，圖像的斜率往往可以反映事物變化的情況，再結(jié)合相關(guān)物理公式和原理就可以解決類似的問題。教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生勤于反思、善于總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生自主發(fā)展的能力。

3 通過數(shù)與形的有機(jī)結(jié)合，分析圖像蘊(yùn)含的物理意義

除了物理教材中專門介紹的圖像以外，還有很多教材之外拓展延伸出來的物理圖像。圖像的坐標(biāo)軸所代表的物理意義涉及的范圍很廣，截距、面積、斜率等隱含著大量解決問題的關(guān)鍵信息。因?yàn)闆]有在課堂上進(jìn)行過專門的學(xué)習(xí)，學(xué)生往往難以從圖像中找到解決問題的關(guān)鍵信息。

怎樣才能快捷地得到圖像所反映的信息呢？首先我們應(yīng)該從與該問題相關(guān)的物理原理出發(fā)，找出圖像所反映的相關(guān)物理量的關(guān)系式，然后把式子變形成圖像對(duì)應(yīng)的函數(shù)形式。其中，一次函數(shù)的斜率和截距所代表的物理意義就一目了然了，圖像所隱含的其他信息也就顯而易見了。

圖5