【摘要】隨著新課程改革的深入推進(jìn)，圖象在高中物理教學(xué)中的重要性日益凸顯，特別是在圖象類問題中，學(xué)會“讀圖”已成為學(xué)生必備的一項(xiàng)技能.學(xué)會“讀圖”對于提高學(xué)生的物理學(xué)習(xí)效果具有重要意義，有助于培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、分析能力、邏輯思維能力和創(chuàng)新思維能力.本文針對高中物理功能關(guān)系圖象類問題，探討“讀圖”在物理教學(xué)中的重要性.

【關(guān)鍵詞】高中物理;讀圖能力;解題技巧

1 引言

在高中物理教學(xué)中，圖象類問題占據(jù)著重要的地位.圖象作為一種直觀、形象的表示方式，能夠有效地幫助學(xué)生理解和掌握物理概念、原理和方法.學(xué)會“讀圖”對于學(xué)生來說至關(guān)重要，它不僅能夠提高學(xué)生的觀察能力和分析能力，還能夠培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力和創(chuàng)新思維能力.在圖象類問題中，學(xué)生需要通過觀察圖象，提取出有用的信息，理解圖象所表示的物理意義，從而解決問題.這就要求學(xué)生具備一定的讀圖能力，能夠從圖象中獲取信息，理解圖象的內(nèi)涵和外延，把握圖象之間的關(guān)系.本文將以一道功能關(guān)系圖象問題為例，探討學(xué)會“讀圖”在高中物理圖象類問題中的重要性.

2 試題呈現(xiàn)

質(zhì)量為M=0.5kg的木板靜置在光滑水平面上，如圖1所示，質(zhì)量為m=1kg的物塊以初速度v0=4m/s滑上木板的左端，同時給木板施加一個水平向右的恒力F，已知木板與物塊間的摩擦系數(shù)μ=0.2，物塊相對于木板滑動的距離為s.通過給木板施加不同大小的恒力F，可以作出1s－F的關(guān)系圖，如圖2所示，其中AB平行于橫軸.假設(shè)物塊可視為質(zhì)點(diǎn)，最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，重力加速度取g=10m/s2，則下列說法正確的是（ ）

圖1 圖2

（A）若恒力F=0，物塊滑出木板時的速度為103m/s.

（B）當(dāng)外力F=1N時，物塊恰好不能從木板右端滑出.

（C）圖中C點(diǎn)對應(yīng)的恒力的值為4N.

（D）圖中D點(diǎn)對應(yīng)的s值為43m.

3 思路分析

在分析動態(tài)系統(tǒng)時，圖象是理解物體運(yùn)動的重要工具.圖2展示了物塊在木板上滑動的過程，以及物體在不同力的作用下的運(yùn)動情況.讀圖時，需要注意物塊和木板的速度關(guān)系，以及它們之間的相互作用力如何隨時間變化.圖象中的臨界點(diǎn)表示物塊和木板速度相等的時刻，這是分析運(yùn)動狀態(tài)轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵點(diǎn).通過圖象，學(xué)生可以觀察到物塊在何時何地開始減速，何時與木板達(dá)到共同速度，以及何時物塊可能從木板右端滑落.

本題中，若恒力F=0，根據(jù)動量守恒定律和能量守恒定律相結(jié)合計(jì)算物塊滑出木板時的速度；當(dāng)F較小時，物塊將從木板右端滑下；當(dāng)F繼續(xù)增大時，物塊減速、木板加速，物塊在木板上某一位置時，兩者具有共同速度，根據(jù)受力情況和運(yùn)動情況求解BC段恒力F的取值范圍，得到1s－F的關(guān)系函數(shù)關(guān)系進(jìn)行分析；當(dāng)F較小時，物塊將從木板右端滑下，當(dāng)F增大到某一值時物塊恰好到達(dá)木板的右端，且兩者具有共同速度v，根據(jù)牛頓第二定律結(jié)合速度—時間關(guān)系進(jìn)行解答；圖2中DC臨界點(diǎn)對應(yīng)的情況是物塊滑至某處時，木板與物塊已達(dá)到速度相同，求出兩者一起加速運(yùn)動的臨界加速度，根據(jù)牛頓第二定律求解.

4 解法探究

若恒力F=0，M與m構(gòu)成的系統(tǒng)動量守恒，取水平向右為正方向，

有mv0=mv1+Mv2，

12mv20－12mv21+12mv22=μmgs，

其中s=1m，

聯(lián)立解得v1=2m/s，v2=4m/s（不符合題意），

或者v1=103m/s，v2=43m/s.

故（A）正確.

當(dāng)F較小時，物塊將從木板右端滑下，當(dāng)F增大到某一值時物塊恰好到達(dá)木板的右端，且兩者具有相同的速度v，且經(jīng)歷的時間為t；

對木板有牛頓第二定律可知F+μmg=Ma1，

解得物塊的加速度為a1=F+μmgM，

又μmg=ma2，v=v0－a2t=a1t，

s=v0+v2t－v2t=v02t，

聯(lián)立解得1s=F+34，

由圖2可知s=1m，代入解得F=1N，

所以當(dāng)外力F=1N時，物塊恰好不能從木板右端滑出，

故（B）正確.

當(dāng)F繼續(xù)增大時，物塊減速，木板加速，兩者在木板上某一位置具有共同速度，當(dāng)兩者共速后能保持相對靜止一起以相同加速度a做加速運(yùn)動，由牛頓第二定律可知F=M+ma，f=ma，

由于f≤fmax=μmg=2N，聯(lián)立解得F≤3N，

所以在BC段恒力F的取值范圍為1N≤F≤3N，

所以圖中C點(diǎn)對應(yīng)的恒力的值為3N.

故（C）錯誤.

圖中D點(diǎn)對應(yīng)的恒力的值為3N，此種情況是物塊滑至某處時，木板與物塊已達(dá)到相同的速度，之后物塊相對于木板向左運(yùn)動，從左端離開；

設(shè)經(jīng)過t1時間達(dá)到共速，對木板由牛頓第二定律得F+μmg=Ma3，

對物塊由牛頓第二定律得μmg=ma4，

解得a3=10m/s2，a4=2m/s2，

又v=v0－a4t1=a3t1，

s1=v0+v2t1－v2t1=v02t1，

聯(lián)立解得t1=13s，v=23m/s，s1=23m，

則圖中D點(diǎn)對應(yīng)的相對位移值為s=2s1=2×23m=43m，

故（D）正確.

5 結(jié)語

本題通過非傳統(tǒng)的圖象分析方法，要求學(xué)生能夠從圖象中準(zhǔn)確解讀物體的運(yùn)動狀態(tài)，這對于提高學(xué)生的物理理解和分析能力具有重要意義.通過解決這類問題，學(xué)生能夠深化對物理概念的理解，并提升解決復(fù)雜物理問題的能力.總之，學(xué)會“讀圖”對于高中生物理學(xué)習(xí)具有重要意義.通過加強(qiáng)圖象教學(xué)和培養(yǎng)學(xué)生的讀圖能力，有望提高學(xué)生的物理學(xué)習(xí)效果，為學(xué)生的全面發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ).在未來教學(xué)中，教師應(yīng)繼續(xù)關(guān)注和探討如何更好地利用圖象資源，提高物理教學(xué)質(zhì)量，為培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的高素質(zhì)人才貢獻(xiàn)力量.

參考文獻(xiàn)：

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