高中物理学习过程中关于图像的几点体会

梁明朗

摘 要：图像是利用图形帮助人们分析和研究问题的一种思维方法.它是数与形、抽象与形象、数学与物理互相结合的产物。它具有形象、直观、简明、等优点。在物理学中常用它来显示实验结果，描述物理现象或过程，表达物理概念或规律，还常被用来比较、分析和计算、论证各种实际物理问题。图像在物理学中有着极广泛的应用，它们与其他思维方法之间的配合、渗透、互补，往住能使思维力量得到最佳的发挥。

关键词：图示;图像;物理思维

在我的学习过程中物理是比较难的一个科目，在物理的学习过程中有关图像类问题又是让我头疼的一个问题。其实自从初中开始接触物理，我就接触了图像的各种问题。初中的知识相对来说比较简单，相关的图像也比较容易理解。但是有关高中的学习过程中出现的图像类问题总是困扰着我，于是我决定下一番功夫仔细的把高中知识中涉及的几类图像弄个明白。下面我谈几点感受

1 物理图像与数型结合的感悟

我最早认识的图像是在数学中有关笛卡尔直角坐标系的图像。笛卡尔是法国著名数学家、物理学家和哲学家。我们在数学里领略了他的数学才华，物理的很多定律的描述都应用了笛卡尔的工具，几乎每一个物理方程都可以在直角坐标系里画出一个形象直观的几何图形。而这个思维工具可以让我们对物理方程中静止的理解变成动态的理解。

臂如，在水平地面上某处以初速  v  0 、倾角 α 发射一颗炮弹。不计空气阻力时，可认为炮弹在水平方向不受力，运动性质为匀速直线运动。竖直方向只受重力作用，做匀变速运动（类似于竖直上抛运动）。若以抛出点为坐标原点，取水平方向和竖直向上方向分别为x轴、y轴建立直角坐标，炮弹的运动方程可写成：

x=v 0 cos αt （1）

y=v 0 sin αt-12gt 2 （2）

从（1）式解出 t 代入（2）式，便得到了炮弹运动的轨迹方程：

y=xtga-g2v 0 2  cos  2αx 2 （3）

这个方程描述了一个抛物线，画出的轨迹便如下图所示。

根据这个抛物线方程很容易确定这颗炮弹运动的一些特性。

令 y=0 ，解方程得 x 1=0 ， x 2=2v 0 2g sin α cos α=v 0 2g sin 2α

其中一個解 x 1 对应着抛出点，另一个解 x 2 就是炮弹的射程，由 x 2 的表达式可以知道，当发射炮弹的初速度与水平方向夹角 α= 45.0 时，落在与发射点同一水平面上的炮弹有最大射程。

将 x=12x 2=v 0 22g sin 2α 代入（3）式，得抛物线顶点的 y 坐标，即炮弹的射高 y m=v 0 2  sin  2α2g 。这样，我们就可以通过对物体运动方程或轨道方程的研究，与图像相结合更为深入的理解物理学。在这个过程中我对物理公式的理解由原来的静态，慢慢转变到了一些动态的理解上。这些都得益与数与型的统一，在物理学习中，我常常特别钟情与图像，也正是由于这种数与型的统一可以作为物理学研究的重要方法所决定的。引入坐标系使几何图形代数化，把数与型完美地统一起来，这正是笛卡尔创立解析几何的宗旨。而把这种思想应用在物理学习的体会中能够良好的帮助我们更好的、更深刻的、更形象的理解物理定律。

2 物理图像中动与静的结合的理解

在高中物理必修一的运动学里，我们学习过的位移与时间（ s-t ）的图像，速度与时间（ v-t ）的图像等。在学习的过程中我觉得，物理的图像十分明显地具有这种动静结合的效果，我们用坐标平面上的一个点表示物体运动过程中某一瞬时的状态（静态），从坐标平面上的一个点过渡到另一个点，意味着发生了一个过程。因此，坐标平面上由一系列点构成的线，就反映了物体（研究对象）在某段时间内连续进行的运动变化过程。这里的点与线的关系，就是静与动的关系。

比如：直角坐标系中，匀速直线运动（ s-t ）的图像是一条通过坐标原点的倾斜直线。表示物体在不同时刻它处在离原点不同位移的地方，对应于图中静止的点。随着时间的流逝，物体的位移在变化，在图中用沿斜直线变动的一系列点表示，所以，这样条图线就反映了一个物体从坐标原点出发，沿规定的正方向做匀速直线运动时位置的变化规律。所以在我的理解中，图线就是动静结合的产物。基于这个理解我良好的理解了运动学中的有关图像的本质意义和所反映的物理规律。在实际应用中，为了能从静态的图像看出其动态的寓意，我们可以用一个具体物体还原其动态的本来面目。

3 物理图像中抽象与形象的联系

图的一大特点是看起来非常的形象，图像常常可以把抽象的概念具体化。所以它作为联系抽象思维与形象思维的纽带，对我理解一些比如磁感应强度，电场强度，瞬时速度等抽象的物理概念起着非常重要的作用。

比如瞬时速度是我在高中物理学习过程中认为很抽象的一个概念，它的严格定义需要借助极限的知识，运动物体在某一时刻或某一位置的瞬时速度，就是包括着一时刻在内的极短时间内平均速度的极限。用公式表示为 v=  lim  Δt→0v-=  lim  Δt→0ΔsΔt 。对与我刚刚进入高中的物理学习，单纯这样一个数学式定义是难以理解的，我很难想象 Δt→0 包含着一个怎么样的物理实质。利用（ v-t ）图像斜率的意义，我慢慢就把原来平均速度计算时 Δt→0 的物理意义具体化了，这个过程使原来很抽象的一个定义有了形象的对照，这个方法对我来说它极大的帮助了我理解瞬时速度的概念。

4 总结

以上三点是我在思考物理图像类问题的一点体会和感悟。