例析初中物理图像题的解题策略

杨 链

(乌鲁木齐市第九十八中学,新疆 乌鲁木齐 831400)

物理作为一门重要学科,其研究内容主要以“两个量、多个量相互关系”为主,而图表法、图像法等手段的运用,可以实现对这些关系的有效表示[1].为帮助初中生更好地理解和应用物理图像,提高物理图像问题的解题效率,突破物理图像的学习难点,文章将通过典型例题分析图像问题的解题策略.

1 点段分析,再现情境

点段分析主要是指逐个分析图像关键点、关键段,从而获得有用的物理信息.再现情境主要是指学生通过运用拟人的方式,对物理实验中的物体进行有效模拟,然后,采用串联物理信息的方式,达到再现实验情境的目的,为后期解决物理问题提供重要的依据和参考[2].

例1小红同学加热冰块,将冰块融化为水,水加热后沸腾过程绘制成如图1所示的温度随时间变化的图像.下列说法正确的是( )

图1 温度随时间变化的图像

A.水沸腾后,水温度一直维持100 ℃,这表明处于沸腾状态的水不会出现吸热现象

B.冰在整个融化过程,温度始终保持不变

C.与水相比,冰的升温比较快,这表明冰的比热容相对较小

D.图中DE段主要代表冰的熔化过程

在求解这道物理图像题时,教师可以引导学生分析四个关键段所传递的重要信息.学生经过分析发现:AB段,随着加热时间不断推移,在冰块吸热状态下,温度始终保持不变,冰块开始出现熔化现象,此时,固液态共存,整个熔化过程所花费时间为6 min,熔点为0 ℃,最终呈现为液态;CD段,随着加热时间不断推移,水会吸走大量的热量,此时温度呈现出不断增加的趋势;DE段,随着加热时间不断推移,水会吸走大量的热量,并进入沸腾状态,温度始终保持不变,并呈现出液态,整个沸腾过程花费6 min,沸点达到100 ℃.学生通过分析关键点、关键段,采用拟人化方式,串联整个试验过程,然后,采用排除法,得到最终正确答案为C.

最后,引导学生思考C答案正确原因,学生经过思考后,做出以下解释:加热冰升高40 ℃,用了2 min,这表明,每分钟可以升高20 ℃;水从0 ℃变成沸腾状态用了6 min,这表明每分钟升高16 ℃,所以,冰与水相比,冰的升温速度相对较快,因此,冰的比热容相对较小.

2 数理结合,图像串烧

初中生已经重点学习和掌握函数正比例、反比例、二次函数等数学知识,因此,物理教师要引导学生利用初中数学知识解答物理图像题,培养学生熟练运用数学知识解决物理问题的能力[3].

例2 将甲、乙两种不同物质的质量(m)与体积(V)关系图像表示为如图2所示,下列说法正确的是( ).

图2 甲乙两种物质的质量与体积关系图像

A.当两种物质的体积相同时,甲物质的质量相对较大

B.当两种物质的质量相同时,乙物质的体积相对较大

C.与乙物质相比,甲物质的密度相对较大

D.乙物质的密度为1.25×103kg/m3

在求解这道物理图像题时,教师引导学生回忆同一物质质量与体积之间的关系,然后,提出问题:哪个学生可以站起来解释这四个选项的对错?在教师的鼓励下,学生回答:首先,采用垂线法,向横轴引出一条垂线,通过图像截取并确保两种物质的体积相同;然后,对比甲乙质量值,经过对比,发现甲物质的质量小,说明选项A错误.同理,使用相同方法,向纵轴引出一条垂线,通过图像截取并确保甲乙两种物质的质量相同,对比甲乙两种物质的体积值,经过对比,发现乙物质体积小,所以选项B错误.接着,在前两项分析的基础上,运用密度计算公式,可以得出甲物质的密度较小,所以,选项C错误.最后,在乙图像上,选取某一交叉点,该交叉点的纵坐标与横坐标的比值就是乙物质的密度值,并对最终结果进行单位换算,得出D选项正确.本题当中,甲乙两物质的质量与体积的图像实际就是数学当中的正比例函数图像,数学当中的斜率即与物质的密度相对应,所以通过比较图像的斜率也可快速得出两种物质密度的大小关系.

3 趋势分析,预测结果

目前,物理图像题除了涉及到定量计算题外,还涉及到定性表述题,定性表述题需要学生学会分析图像趋势[4].但是,大部分学生在求解这种类型物理图像题时,往往比较困难,这是由于部分选型表述类似,并无明显区别,一不小心就会落入命题者的陷阱之中.

例3一小石块从某一位置自由下落,如果忽视空气阻力,小石块整个落地过程所对应的势能(Ep)随着时间(t)变化图像可能是图3中的哪一个图像.

图3 小石块的重力势能随着时间变化图像

教师引导学生回忆重力势能的影响因素,考虑到小石头自由下落,如果忽视空气阻力,会产生怎样的运动形式.学生经过分析,发现在相同时间内,小石头下落的高度呈现出逐渐增加的趋势,所以重力势能随着时间的推移不断减小,而且减小的越来越快,选项C正确.这道题分析的关键是要清楚小石头下落时,速度越来越大,相同时间内下落的高度越来越大,进而得出重力势能随着时间的变化趋势.

4 寻找关联量,破解选拔性试题

为培养学生的独立自主学习能力,教师要引导学生学会构建相应的知识体系.而这一目标是实现,需要教师引导和鼓励学生通过自身的认知,发现和应用新知识.对于这类复杂的图像问题,需要通过寻找图像中的关联量,进而破解选拔性试题.

例4 在电磁铁外轴线中,为研究影响其磁感应强度值的因素,某同学设计如图4所示的电路图.

图4 电路图

图甲所用到的电源电压值为 6 V,磁感应电阻用R表示,磁感应电阻在不同磁感应强度下阻值的变化曲线如图5所示.此时,断开图乙的S2开关,闭合图甲的S1开关,电流表读数为多少mA.

图5 磁感应电阻在不同磁感应强度下变化曲线

教师引导学生审题,找到“磁感应强度”这一新物理量,尽管学生对该新物理量比较陌生,但是,通过分析图像,不难发现磁感应强度这一新物理量会影响磁感应电阻的阻值,它们存在关联.学生在求解该题目时,说出以下求解思路:首先,要想求出电流表的读数,应计算出电压、电阻值,已知电压为6 V,此时,需要求解出电阻值,经过审题后,发现S2开关是断开的,接着通过观察图4,不难发现电磁铁不存在磁性,这说明磁感应强度为0,通过读图发现,磁感应电阻阻值为100 Ω,所以,最终答案为60 mA.

综上所述,为提高初中物理图像问题的教学水平,教师要在全面分析图线的基础上,引导初中生学会分析和观察图线特点,并从图像题中提取关键信息,培养抽象思维能力,提高灵活运用数学知识解决物理问题能力,同时提高物理图像问题的解题效率.