關(guān)存云

對(duì)物理現(xiàn)象和物理問題進(jìn)行表征時(shí)都離不開物理語言的使用，圖象就是一類重要的物理語言類型，它有著形象直觀、簡潔明了的特點(diǎn).恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用物理圖像會(huì)讓學(xué)生在物理學(xué)習(xí)的很多方面獲取便利.

1幫助學(xué)生對(duì)物理概念進(jìn)行理解

高中生要學(xué)好物理就必須對(duì)物理概念有清晰準(zhǔn)確的把握，當(dāng)然學(xué)生知道概念的定義，并不表明他們?cè)陬^腦中已經(jīng)將概念建立起來.學(xué)生學(xué)習(xí)概念，必須要以大量的感性素材為基礎(chǔ)，而根據(jù)感知素材的差別，學(xué)生物理學(xué)習(xí)的直觀可劃分為四類：實(shí)物直觀、語言直觀、模型直觀以及圖形直觀，這些直觀的特點(diǎn)不一，都是學(xué)生物理學(xué)習(xí)過程中不可或缺的必要組成.物理圖像從類別上屬于圖形直觀，能夠以其形象直觀的特點(diǎn)，突出現(xiàn)象和過程的本質(zhì).高中生在自己的生活中已經(jīng)有了豐富的實(shí)物直觀積累，而其對(duì)模型直觀或語言直觀又比較陌生，因此圖形直觀是最切合學(xué)生認(rèn)知習(xí)慣、符合其思維特點(diǎn)的直觀類型，而且處理也較為簡便.學(xué)生積極將物理圖像運(yùn)用于概念的學(xué)習(xí)過程，將有效幫助他們形成并理解概念.[HJ2.25mm]

例如，力是物理最基本最重要的一個(gè)概念，學(xué)生在系統(tǒng)化地學(xué)習(xí)力學(xué)知識(shí)之前已經(jīng)在生活中有了大量力學(xué)知識(shí)的感性積累，但是這些認(rèn)識(shí)是松散的、模糊的，教師要引導(dǎo)學(xué)生對(duì)其進(jìn)行恰當(dāng)?shù)奶幚聿拍軐?shí)現(xiàn)概念的正確構(gòu)建.教學(xué)中我們也發(fā)現(xiàn)，學(xué)生剛接觸力的概念，即物體與物體之間的相互作用，貌似已經(jīng)觸及概念的本質(zhì)，但是依然較為抽象.而力的圖示和示意圖恰恰能在這一方面進(jìn)行彌補(bǔ)，這一方法能讓力具有更好的可視性以及可操作性.教師引導(dǎo)學(xué)生用一根帶有箭頭的線段來表示無形的力，線段長短對(duì)應(yīng)力的大小，其箭頭指向即為力的方向，基于這樣的圖形直觀，學(xué)生才能更加形象地表示物體的受力情況，并結(jié)合平行四邊形法則對(duì)力進(jìn)行合成與分解，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)問題的解決，因此可以說物理圖像是力學(xué)問題處理的最基本手段之一.此外高中物理從“力”的概念開始，圖示或示意圖就成為矢量（向量）的基本表征手段，學(xué)生在數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)中也會(huì)對(duì)其進(jìn)行接觸，但它更應(yīng)該屬于物理工具，因?yàn)檫@種形象化的表示方法[HJ2.15mm]正是在物理學(xué)的研究中建立起來的.

2幫助學(xué)生對(duì)物理規(guī)律進(jìn)行學(xué)習(xí)

如果將物理概念稱為物理研究的基石，那么物理規(guī)律就應(yīng)該是物理研究的核心.物理規(guī)律是對(duì)物理現(xiàn)象和過程的發(fā)生、發(fā)展以及變化本質(zhì)內(nèi)容的反映，它揭示了對(duì)應(yīng)過程中物理量間的聯(lián)系，這也正是高中物理學(xué)習(xí)過程中的重難點(diǎn)所在.就物理規(guī)律而言，文字、公式以及圖像是三種最常見的表征方式，其中圖像表征能給予學(xué)生感官最直接、最強(qiáng)烈的刺激，方便學(xué)生對(duì)規(guī)律的認(rèn)識(shí)和理解.因此，教師在對(duì)物理規(guī)律進(jìn)行教學(xué)時(shí)，要引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合圖像來對(duì)相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行描述，進(jìn)而促使學(xué)生對(duì)規(guī)律本質(zhì)進(jìn)行理解和對(duì)比.這會(huì)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)起到事半功倍的功效.

例如，在勻變速直線運(yùn)動(dòng)的有關(guān)規(guī)律學(xué)習(xí)之后，教師一般會(huì)安排學(xué)生對(duì)豎直上拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律進(jìn)行認(rèn)識(shí)，從而進(jìn)一步熟悉運(yùn)動(dòng)學(xué)的有關(guān)規(guī)律和處理方法.初學(xué)者在面對(duì)該運(yùn)動(dòng)類型時(shí)，往往會(huì)因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)學(xué)中數(shù)量繁多的公式，而在此感到無可是從.但是如果讓學(xué)生在了解豎直上拋運(yùn)動(dòng)的基本特點(diǎn)之后，再介紹它的v-t圖象，就更容易讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)其內(nèi)在運(yùn)動(dòng)本質(zhì)，進(jìn)而克服用公式進(jìn)行描述時(shí)所產(chǎn)生的障礙.在引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合圖象來認(rèn)識(shí)時(shí)，教師首先要強(qiáng)調(diào)此圖象中正方向的規(guī)定，[TP8GW38.TIF，Y#]如圖1所示，即為豎直上拋運(yùn)動(dòng)的v-t圖象，且取豎直向上為正方向.由圖可知，物體以豎直向上的初速度v向上運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過時(shí)間t，速度逐漸減小為零，而后速度變?yōu)樨?fù)值，即物體開始自由落體運(yùn)動(dòng)，再經(jīng)歷時(shí)間t之后，物體速度達(dá)到-v，其大小與初速度v相等.學(xué)生要讀懂圖象，還要深刻領(lǐng)會(huì)這樣幾點(diǎn)：①上升階段與下落階段圖象的傾斜程度沒有發(fā)生變化，即物體整個(gè)過程的加速度不變，全過程為完整的勻變速直線運(yùn)動(dòng)；②在t時(shí)刻，物體的速度減小零，此刻為物體運(yùn)動(dòng)的最高點(diǎn)；③以t時(shí)刻為界，物體的上升和下降具有對(duì)稱性，圖象中陰影部分面積表示位移，應(yīng)該有上升和下落同樣一段路徑對(duì)應(yīng)相等的時(shí)間間隔，且相同位置的速度也是大小相等.

3幫助學(xué)生對(duì)了解實(shí)驗(yàn)、分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

實(shí)驗(yàn)是高中物理教學(xué)的重要手段和主要內(nèi)容，它是人們從研究的目的出發(fā)，運(yùn)用科學(xué)化的儀器和設(shè)備，人為地創(chuàng)造、控制或者純化的物理過程，使其在盡量減少其他因素干擾的條件下順著預(yù)設(shè)的進(jìn)程發(fā)展，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)規(guī)律的探究，是最具有科學(xué)性的活動(dòng).高中物理教學(xué)中需要學(xué)生能結(jié)合所要探究或驗(yàn)證的目的，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)思路、選擇實(shí)驗(yàn)器材、規(guī)劃實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)施實(shí)驗(yàn)操作并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最終形成實(shí)驗(yàn)結(jié)論.在此過程中，圖像起到了不可替代的作用.

高中物理實(shí)驗(yàn)中最常見的兩類圖像之一是在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過程中所用的實(shí)驗(yàn)原理圖，相比于繁瑣拖沓的文字，一幅原理圖就能簡潔明快地將實(shí)驗(yàn)的主要器材、實(shí)驗(yàn)的大體思路呈現(xiàn)出來.例如，如圖2所示為研究平拋運(yùn)動(dòng)軌跡的實(shí)驗(yàn)原理圖，結(jié)合圖片學(xué)生很快能把握實(shí)驗(yàn)的基本過程：讓小球從傾斜軌道下滑，從軌道末端打出后發(fā)生平拋運(yùn)動(dòng)，壓紙板則可以固定白紙，借助接球擋板可以記錄小球運(yùn)動(dòng)過程所經(jīng)過的位置，最終描述出相應(yīng)軌跡.學(xué)生由圖還可以明確重錘線、氣泡水準(zhǔn)儀等器材的出現(xiàn)，進(jìn)而強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng).這在方便學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)思路進(jìn)行圖式建構(gòu)的同時(shí)，也在幫助學(xué)生逐步形成設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的基本方法.

實(shí)驗(yàn)中的另外一類圖像是在數(shù)據(jù)處理中使用的，實(shí)驗(yàn)往往會(huì)得出一系列錯(cuò)綜復(fù)雜的數(shù)據(jù)，如何從其中發(fā)現(xiàn)物理量之間的規(guī)律呢？構(gòu)建物理量的圖象關(guān)系就是最簡便的方法.例如“探究小車的速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”中，處理紙帶后能得出如表1所示的一系列速度值.只要結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)描繪出v-t圖象，小車的速度變化特點(diǎn)一目了然.如圖3所示即為對(duì)應(yīng)圖象，因此有結(jié)論：小車的速度隨時(shí)間均勻變化，即小車進(jìn)行勻變速直線運(yùn)動(dòng).

4幫助學(xué)生解答物理試題

高中物理的學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生如果能夠結(jié)合物理圖像來對(duì)問題進(jìn)行處理和分析，那么其處理思路會(huì)更加直觀和形象，過程可能會(huì)簡便很多.華羅庚曾說過：“數(shù)缺形時(shí)少直觀，形少數(shù)時(shí)難入微”，這句話強(qiáng)調(diào)了數(shù)形結(jié)合的重要性.就物理問題的處理而言，數(shù)和形是問題表征的兩個(gè)基本手段，不能有所偏頗.教學(xué)過程，教師如果過分側(cè)重于“數(shù)”，則會(huì)讓學(xué)生過分依賴公式，進(jìn)而導(dǎo)致物理學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)化，嚴(yán)重淡化物理思維的養(yǎng)成；反之教師能在某些問題的處理中，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用圖像來分析問題，不僅有助于問題的簡化處理，還能幫助學(xué)生優(yōu)化物理思維結(jié)構(gòu)，提升思維品質(zhì).

例如圖4所示的兩個(gè)光滑斜面，已知其高度h相等，斜面總長度相等，現(xiàn)有兩球從頂端靜止下滑，且認(rèn)為b球在轉(zhuǎn)折點(diǎn)不發(fā)能量損失，則有

A.小球a先到達(dá)底端

B.小球b先到達(dá)底端

C.兩球同時(shí)到達(dá)底端

D.兩球到達(dá)底端時(shí)速度大小相等

[TP8GW41.TIF，BP#]

分析由于斜面光滑，因此結(jié)合機(jī)械能守恒定律，有D項(xiàng)正確.前三項(xiàng)的處理如果通過計(jì)算法來解析將非常繁瑣，而用圖像來處理就非常簡單，構(gòu)建兩球的v-t圖象如圖5所示.由于斜面的長度相等，即小球路程一致，則有兩圖象與時(shí)間軸所圍面積相等；由于軌道存在轉(zhuǎn)折，因此b球的圖像要分成兩段，前段加速度大于a球，后端小于a球；二者到達(dá)終點(diǎn)時(shí)的速度大小相等.綜合上述要求的考慮，則b球必須先到達(dá)底端，即B項(xiàng)正確.