楊 鏈

(烏魯木齊市第九十八中學,新疆 烏魯木齊 831400)

物理作為一門重要學科,其研究內(nèi)容主要以“兩個量、多個量相互關(guān)系”為主,而圖表法、圖像法等手段的運用,可以實現(xiàn)對這些關(guān)系的有效表示[1].為幫助初中生更好地理解和應(yīng)用物理圖像,提高物理圖像問題的解題效率,突破物理圖像的學習難點,文章將通過典型例題分析圖像問題的解題策略.

1 點段分析,再現(xiàn)情境

點段分析主要是指逐個分析圖像關(guān)鍵點、關(guān)鍵段,從而獲得有用的物理信息.再現(xiàn)情境主要是指學生通過運用擬人的方式,對物理實驗中的物體進行有效模擬,然后,采用串聯(lián)物理信息的方式,達到再現(xiàn)實驗情境的目的,為后期解決物理問題提供重要的依據(jù)和參考[2].

例1小紅同學加熱冰塊,將冰塊融化為水,水加熱后沸騰過程繪制成如圖1所示的溫度隨時間變化的圖像.下列說法正確的是( )

圖1 溫度隨時間變化的圖像

A.水沸騰后,水溫度一直維持100 ℃,這表明處于沸騰狀態(tài)的水不會出現(xiàn)吸熱現(xiàn)象

B.冰在整個融化過程,溫度始終保持不變

C.與水相比,冰的升溫比較快,這表明冰的比熱容相對較小

D.圖中DE段主要代表冰的熔化過程

在求解這道物理圖像題時,教師可以引導學生分析四個關(guān)鍵段所傳遞的重要信息.學生經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn):AB段,隨著加熱時間不斷推移,在冰塊吸熱狀態(tài)下,溫度始終保持不變,冰塊開始出現(xiàn)熔化現(xiàn)象,此時,固液態(tài)共存,整個熔化過程所花費時間為6 min,熔點為0 ℃,最終呈現(xiàn)為液態(tài);CD段,隨著加熱時間不斷推移,水會吸走大量的熱量,此時溫度呈現(xiàn)出不斷增加的趨勢;DE段,隨著加熱時間不斷推移,水會吸走大量的熱量,并進入沸騰狀態(tài),溫度始終保持不變,并呈現(xiàn)出液態(tài),整個沸騰過程花費6 min,沸點達到100 ℃.學生通過分析關(guān)鍵點、關(guān)鍵段,采用擬人化方式,串聯(lián)整個試驗過程,然后,采用排除法,得到最終正確答案為C.

最后,引導學生思考C答案正確原因,學生經(jīng)過思考后,做出以下解釋:加熱冰升高40 ℃,用了2 min,這表明,每分鐘可以升高20 ℃;水從0 ℃變成沸騰狀態(tài)用了6 min,這表明每分鐘升高16 ℃,所以,冰與水相比,冰的升溫速度相對較快,因此,冰的比熱容相對較小.

2 數(shù)理結(jié)合,圖像串燒

初中生已經(jīng)重點學習和掌握函數(shù)正比例、反比例、二次函數(shù)等數(shù)學知識,因此,物理教師要引導學生利用初中數(shù)學知識解答物理圖像題,培養(yǎng)學生熟練運用數(shù)學知識解決物理問題的能力[3].

例2 將甲、乙兩種不同物質(zhì)的質(zhì)量(m)與體積(V)關(guān)系圖像表示為如圖2所示,下列說法正確的是( ).

圖2 甲乙兩種物質(zhì)的質(zhì)量與體積關(guān)系圖像

A.當兩種物質(zhì)的體積相同時,甲物質(zhì)的質(zhì)量相對較大

B.當兩種物質(zhì)的質(zhì)量相同時,乙物質(zhì)的體積相對較大

C.與乙物質(zhì)相比,甲物質(zhì)的密度相對較大

D.乙物質(zhì)的密度為1.25×103kg/m3

在求解這道物理圖像題時,教師引導學生回憶同一物質(zhì)質(zhì)量與體積之間的關(guān)系,然后,提出問題:哪個學生可以站起來解釋這四個選項的對錯?在教師的鼓勵下,學生回答:首先,采用垂線法,向橫軸引出一條垂線,通過圖像截取并確保兩種物質(zhì)的體積相同;然后,對比甲乙質(zhì)量值,經(jīng)過對比,發(fā)現(xiàn)甲物質(zhì)的質(zhì)量小,說明選項A錯誤.同理,使用相同方法,向縱軸引出一條垂線,通過圖像截取并確保甲乙兩種物質(zhì)的質(zhì)量相同,對比甲乙兩種物質(zhì)的體積值,經(jīng)過對比,發(fā)現(xiàn)乙物質(zhì)體積小,所以選項B錯誤.接著,在前兩項分析的基礎(chǔ)上,運用密度計算公式,可以得出甲物質(zhì)的密度較小,所以,選項C錯誤.最后,在乙圖像上,選取某一交叉點,該交叉點的縱坐標與橫坐標的比值就是乙物質(zhì)的密度值,并對最終結(jié)果進行單位換算,得出D選項正確.本題當中,甲乙兩物質(zhì)的質(zhì)量與體積的圖像實際就是數(shù)學當中的正比例函數(shù)圖像,數(shù)學當中的斜率即與物質(zhì)的密度相對應(yīng),所以通過比較圖像的斜率也可快速得出兩種物質(zhì)密度的大小關(guān)系.

3 趨勢分析,預測結(jié)果

目前,物理圖像題除了涉及到定量計算題外,還涉及到定性表述題,定性表述題需要學生學會分析圖像趨勢[4].但是,大部分學生在求解這種類型物理圖像題時,往往比較困難,這是由于部分選型表述類似,并無明顯區(qū)別,一不小心就會落入命題者的陷阱之中.

例3一小石塊從某一位置自由下落,如果忽視空氣阻力,小石塊整個落地過程所對應(yīng)的勢能(Ep)隨著時間(t)變化圖像可能是圖3中的哪一個圖像.

圖3 小石塊的重力勢能隨著時間變化圖像

教師引導學生回憶重力勢能的影響因素,考慮到小石頭自由下落,如果忽視空氣阻力,會產(chǎn)生怎樣的運動形式.學生經(jīng)過分析,發(fā)現(xiàn)在相同時間內(nèi),小石頭下落的高度呈現(xiàn)出逐漸增加的趨勢,所以重力勢能隨著時間的推移不斷減小,而且減小的越來越快,選項C正確.這道題分析的關(guān)鍵是要清楚小石頭下落時,速度越來越大,相同時間內(nèi)下落的高度越來越大,進而得出重力勢能隨著時間的變化趨勢.

4 尋找關(guān)聯(lián)量,破解選拔性試題

為培養(yǎng)學生的獨立自主學習能力,教師要引導學生學會構(gòu)建相應(yīng)的知識體系.而這一目標是實現(xiàn),需要教師引導和鼓勵學生通過自身的認知,發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用新知識.對于這類復雜的圖像問題,需要通過尋找圖像中的關(guān)聯(lián)量,進而破解選拔性試題.

例4 在電磁鐵外軸線中,為研究影響其磁感應(yīng)強度值的因素,某同學設(shè)計如圖4所示的電路圖.

圖4 電路圖

圖甲所用到的電源電壓值為 6 V,磁感應(yīng)電阻用R表示,磁感應(yīng)電阻在不同磁感應(yīng)強度下阻值的變化曲線如圖5所示.此時,斷開圖乙的S2開關(guān),閉合圖甲的S1開關(guān),電流表讀數(shù)為多少mA.

圖5 磁感應(yīng)電阻在不同磁感應(yīng)強度下變化曲線

教師引導學生審題,找到“磁感應(yīng)強度”這一新物理量,盡管學生對該新物理量比較陌生,但是,通過分析圖像,不難發(fā)現(xiàn)磁感應(yīng)強度這一新物理量會影響磁感應(yīng)電阻的阻值,它們存在關(guān)聯(lián).學生在求解該題目時,說出以下求解思路:首先,要想求出電流表的讀數(shù),應(yīng)計算出電壓、電阻值,已知電壓為6 V,此時,需要求解出電阻值,經(jīng)過審題后,發(fā)現(xiàn)S2開關(guān)是斷開的,接著通過觀察圖4,不難發(fā)現(xiàn)電磁鐵不存在磁性,這說明磁感應(yīng)強度為0,通過讀圖發(fā)現(xiàn),磁感應(yīng)電阻阻值為100 Ω,所以,最終答案為60 mA.

綜上所述,為提高初中物理圖像問題的教學水平,教師要在全面分析圖線的基礎(chǔ)上,引導初中生學會分析和觀察圖線特點,并從圖像題中提取關(guān)鍵信息,培養(yǎng)抽象思維能力,提高靈活運用數(shù)學知識解決物理問題能力,同時提高物理圖像問題的解題效率.