把握图像的物理意义 培养学生图解能力①

(广东省清远市华侨中学,广东 清远 511500)

核心素养是学生应具备的能够适应终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力，高中阶段是学会学习、培养持续学习的能力、发展学生核心素养的关键阶段。高中物理课程中的概念和原理有很大部分是通过数学表征来呈现的，解决物理问题很大程度上是针对物理量间的因果关系、通过函数图像的描述来达成目的的。因而，在高中物理教学中，有效结合物理量的函数式和物理图像的教学，对培养学生运用数学知识解决物理问题的能力有很大的帮助。

1 透过图像的“形”和“义”，加深对物理概念的理解

物理概念是高中物理中最基本的内容，能深刻理解物理概念的内涵是学好物理的必要前提。通过诠释图像的“形”和“义”，可以帮助学生加深对物理概念的理解，从而为后续学习打下坚实的基础。

图1

图2

图3

可见，通过图像的斜率和物理量的定义式的分析、比较，能客观地反映物理量与物理图像斜率的关系，使学生对物理量的学习从表面的认知上升到对物理概念内涵的理解。

2 透过图像形态变化，判断物理过程的演变规律

物理图像的斜率与物理量有着紧密的联系，如在上述s-t图像中，物体运动的瞬时速度等于图像的斜率，通过图像的变化规律可知瞬时速度的方向和大小的变化情况。在上述U-I图像中，虽然导体的电阻和图像的斜率不完全相等，却也可以通过斜率的变化趋势反映出电阻的变化趋势。透过物理图像斜率的变化趋势，判断物理量和物理过程的演变情况，能够帮助学生快速解决问题。

例1(2014年新课标全国卷Ⅰ)：如图4(a)所示，线圈ab、cd绕在同一软铁芯上，在ab线圈中通以变化的电流，用示波器测得线圈cd间电压如图4(b)所示。已知线圈内部的磁场与流经线圈的电流成正比，则下列描述线圈ab中电流随时间变化关系的图中，可能正确的是( )。

图4

解析：由图4(b)可知cd间的电压大小是不变化的，根据法拉第电磁感应定律可判断出线圈cd中磁通量的变化率是不变的，又因已知线圈内部的磁场与流经线圈的电流成正比，所以线圈ab中的电流是均匀变化的，即i-t图像的斜率大小不变。这样很快就排除了A、B、D三个选项，得到C选项是正确的。

综上所述，图像的斜率往往可以反映事物变化的情况，再结合相关物理公式和原理就可以解决类似的问题。教师应引导学生勤于反思、善于总结经验，培养学生自主发展的能力。

3 通过数与形的有机结合，分析图像蕴含的物理意义

除了物理教材中专门介绍的图像以外，还有很多教材之外拓展延伸出来的物理图像。图像的坐标轴所代表的物理意义涉及的范围很广，截距、面积、斜率等隐含着大量解决问题的关键信息。因为没有在课堂上进行过专门的学习，学生往往难以从图像中找到解决问题的关键信息。

怎样才能快捷地得到图像所反映的信息呢？首先我们应该从与该问题相关的物理原理出发，找出图像所反映的相关物理量的关系式，然后把式子变形成图像对应的函数形式。其中，一次函数的斜率和截距所代表的物理意义就一目了然了，图像所隐含的其他信息也就显而易见了。

图5