浅析图象分析法在高中物理力学解题中的应用

汪家磊

摘 要：图像分析法是指将高中物理知识中的抽象问题形象化、具现化的方法，高中生利用该方法解决物理力学问题，能够从整体上理解两个物理量之间的定量或定性关系。本文主要阐述图象分析法在高中物理重力学、弹力学和摩擦力学中的应用，希望可以帮助高中生找到解决物理力学难题的突破点，有效提高物理成绩。

关键词：图象分析法;重力;弹力;摩擦力

当高中生利用图像分析法解决物理力学难题时，需要从图像横纵坐标的物理意义寻找解题思路，比如图像中的线、点、截距、斜率、面积等。高中生利用图像分析法分析、解决物理力学问题，能够在提高解题速度的基础上保证准确率，不仅可以有效避免复杂易错的计算过程，还可以解决一些计算无法解决的问题。

一、图象分析法在重力学中的应用

高中物理力学中指出改变物体运动状态，促使物体产生形变的相互作用力是力，力是矢量，既有大小又有方向;重力的概念是指物体因受到地球吸引而发生状态改变的力，重力公式为G=mg（g=9.8N/kg），它的方向为垂直向下。高中物理重力学中包含许多概念性和定理性内容，大多数重力学问题都是基于这些概念和定义展开，如果高中生在学习重力学知识时，不能将基础概念内化，在解题时就会出现概念定理混淆的问题，导致解题思路偏差，影响最终结果的准确性。图像分析法能够帮助高中生将物理力学的抽象知识点转化为形象图像，对提高理解能力与分析能力具有积极影响。

例如，“世界跳高历史在100年内发生了五次变革，顺序依次是跨越式、剪式、滚式、俯卧式和背越式，背越式是当前的最新跳高姿势，图1是跨越式、俯卧式和背越式的跳高姿势示意图，问在姿势变化的过程中重力发生了什么变化。”

根据图片分析，我们可以得知，运动员采用不同的跳高姿势，其重心距离横杆的距离各不相同，跨域式跳高姿势的重心距离横杆大约有几十厘米的距离，俯卧式与背越式的重心相对较低，背越式的重心甚至可以处于横杆下方。由于“重心越低，垂直重力方向的力臂越短，对同一物体重力产生的力矩不变，同一物体边缘的支持力越大”，所以降低重心高度可以增加物体的稳定度重心越低表示重力力矩越小，运动员的姿势越平稳。

二、图象分析法在弹力学中的应用

高中物理中弹力的定义是指当发生弹性形变的物体在恢复原状时，与之接触的物体所产生的力;由定义可以得出弹力产生的条件有两个，一个是物体相互接触，另一个是物体发生弹性形变;弹力的学习重点是“弹力产生条件”和“弹力的方向判定”。高中生在解决弹力学问题时，需要仔细读题，认真分析弹力图像信息，找出弹力问题关键点，提高解题准确性。弹力知识与日常生活现象具有较多的联系，高中生在解决弹力问题时，需要具备较强的逻辑思维与抽象思维，在无法理解书面问题时，高中生可以利用图象分析法，将图像与知识点、生活现象结合，从而获得更多解题思路。

例如，“在水平面光滑的桌面上平放兩个弹簧，将弹簧乙的一端挂在墙上，弹簧甲与弹簧乙相互勾连，如图2所示，当在弹簧甲的右端挂钩上施加100N的水平拉力时，弹簧甲与弹簧乙分别承受（）力？选项A.100N;0，选项B.100N;100N，选项C.0;100N，选项D.200N;100N”

由题可以画出弹簧甲与弹簧乙的受力分析图，如图3和图4所示：

对弹簧甲和弹簧乙分别进行受力分析，弹簧读数与弹簧所受到的拉力相等，在研究某一弹簧时，可以将另一弹簧视为等效细绳。由于弹簧甲与弹簧乙都出现长度改变，所以弹簧受到的力不可能是0，因此选项A与选项C错误;弹簧甲和弹簧乙的挂钩端仅承受100N的拉力，所以最大拉力不会超过100N，选项D错误;在研究弹簧甲受力时，若弹簧乙为等效细绳，那么可以说弹簧甲处于静止状态，所以承受拉力大小为100N，在研究弹簧乙时，可以将弹簧甲视为等效细绳，得出弹簧乙承受拉力大小为100N，所以选项B正确。

三、图象分析法在摩擦力中的应用

摩擦力是高中物理力学的重要内容，高中生在学习摩擦力时，不能以偏概全，要掌握每一个基础知识，最好形成力学系统知识框架图，避免在解决摩擦力问题时，因记忆模糊导致解题思路不正确，影响最终结果的准确性。高中生在学习摩擦力时，可以结合生活中的物理现象理解知识点，例如在学习“影响摩擦力的因素”时，我们可以利用自行车刹车现象思考是什么原因令自行车停止运动，究其原因可以发现在自行车刹车时，自行车轱辘的钢圈与胶皮垫产生摩擦力，对车轮的转动施加压力，轮胎与地面之间所产生的转动摩擦力在此时转变成滑动摩擦力，在多种因素影响下，自行车才停止运动。

例如，“将一个质量是20kg、长度为5米的木板放在水平面上，木板与水平面之间的动摩擦因数为0.15;将某质量为10kg的小木块，以每秒4米的速度从木板左端水平抛射到木板上，动摩擦因数为0.4，本题中最大静摩擦力近似等于滑动摩擦力，请问木板是否滑动？”

根据题面，我们可以画出木板与小木块的摩擦示意图，如图5所示：

由图5可以画出小木块和木板的受力分析图，如图6所示：

由图可以分析得出，小木块对木板的摩擦力为f1=动摩擦因数×质量×g（g=9.8N/kg）=0.4×10×9.8=39.2N，地面对木板的摩擦力f2=动摩擦因数×（木板质量+小木块质量×g（g=9.8））=0.4×（20+10×9.8）=47.2N。由于f1<f2，所以木板一定静止不动，此题应该选择A。

综上所述，图象分析法可以应用到物理力学的多个分支内容中，重力学、弹力学和摩擦力学是高中物理力学的主要组成部分，具有一定的解题难度。高中生若是利用图像分析法解决上述力学问题，便可以将抽象的物理问题转化成具象的物理图像，能够帮助高中生提高解题速度和解题准确率，有利于提高学习质量。

参考文献：

[1]周润霖.浅谈如何从生活现象中学习高中物理力学概念[J].数字通信世界，2018（06）：253.