“读图”在高中物理图象类问题中的重要性

【摘要】随着新课程改革的深入推进，图象在高中物理教学中的重要性日益凸显，特别是在图象类问题中，学会“读图”已成为学生必备的一项技能.学会“读图”对于提高学生的物理学习效果具有重要意义，有助于培养学生的观察能力、分析能力、逻辑思维能力和创新思维能力.本文针对高中物理功能关系图象类问题，探讨“读图”在物理教学中的重要性.

【关键词】高中物理;读图能力;解题技巧

1 引言

在高中物理教学中，图象类问题占据着重要的地位.图象作为一种直观、形象的表示方式，能够有效地帮助学生理解和掌握物理概念、原理和方法.学会“读图”对于学生来说至关重要，它不仅能够提高学生的观察能力和分析能力，还能够培养学生的逻辑思维能力和创新思维能力.在图象类问题中，学生需要通过观察图象，提取出有用的信息，理解图象所表示的物理意义，从而解决问题.这就要求学生具备一定的读图能力，能够从图象中获取信息，理解图象的内涵和外延，把握图象之间的关系.本文将以一道功能关系图象问题为例，探讨学会“读图”在高中物理图象类问题中的重要性.

2 试题呈现

质量为M=0.5kg的木板静置在光滑水平面上，如图1所示，质量为m=1kg的物块以初速度v0=4m/s滑上木板的左端，同时给木板施加一个水平向右的恒力F，已知木板与物块间的摩擦系数μ=0.2，物块相对于木板滑动的距离为s.通过给木板施加不同大小的恒力F，可以作出1s－F的关系图，如图2所示，其中AB平行于横轴.假设物块可视为质点，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度取g=10m/s2，则下列说法正确的是（ ）

图1 图2

（A）若恒力F=0，物块滑出木板时的速度为103m/s.

（B）当外力F=1N时，物块恰好不能从木板右端滑出.

（C）图中C点对应的恒力的值为4N.

（D）图中D点对应的s值为43m.

3 思路分析

在分析动态系统时，图象是理解物体运动的重要工具.图2展示了物块在木板上滑动的过程，以及物体在不同力的作用下的运动情况.读图时，需要注意物块和木板的速度关系，以及它们之间的相互作用力如何随时间变化.图象中的临界点表示物块和木板速度相等的时刻，这是分析运动状态转变的关键点.通过图象，学生可以观察到物块在何时何地开始减速，何时与木板达到共同速度，以及何时物块可能从木板右端滑落.

本题中，若恒力F=0，根据动量守恒定律和能量守恒定律相结合计算物块滑出木板时的速度；当F较小时，物块将从木板右端滑下；当F继续增大时，物块减速、木板加速，物块在木板上某一位置时，两者具有共同速度，根据受力情况和运动情况求解BC段恒力F的取值范围，得到1s－F的关系函数关系进行分析；当F较小时，物块将从木板右端滑下，当F增大到某一值时物块恰好到达木板的右端，且两者具有共同速度v，根据牛顿第二定律结合速度—时间关系进行解答；图2中DC临界点对应的情况是物块滑至某处时，木板与物块已达到速度相同，求出两者一起加速运动的临界加速度，根据牛顿第二定律求解.

4 解法探究

若恒力F=0，M与m构成的系统动量守恒，取水平向右为正方向，

有mv0=mv1+Mv2，

12mv20－12mv21+12mv22=μmgs，

其中s=1m，

联立解得v1=2m/s，v2=4m/s（不符合题意），

或者v1=103m/s，v2=43m/s.

故（A）正确.

当F较小时，物块将从木板右端滑下，当F增大到某一值时物块恰好到达木板的右端，且两者具有相同的速度v，且经历的时间为t；

对木板有牛顿第二定律可知F+μmg=Ma1，

解得物块的加速度为a1=F+μmgM，

又μmg=ma2，v=v0－a2t=a1t，

s=v0+v2t－v2t=v02t，

联立解得1s=F+34，

由图2可知s=1m，代入解得F=1N，

所以当外力F=1N时，物块恰好不能从木板右端滑出，

故（B）正确.

当F继续增大时，物块减速，木板加速，两者在木板上某一位置具有共同速度，当两者共速后能保持相对静止一起以相同加速度a做加速运动，由牛顿第二定律可知F=M+ma，f=ma，

由于f≤fmax=μmg=2N，联立解得F≤3N，

所以在BC段恒力F的取值范围为1N≤F≤3N，

所以图中C点对应的恒力的值为3N.

故（C）错误.

图中D点对应的恒力的值为3N，此种情况是物块滑至某处时，木板与物块已达到相同的速度，之后物块相对于木板向左运动，从左端离开；

设经过t1时间达到共速，对木板由牛顿第二定律得F+μmg=Ma3，

对物块由牛顿第二定律得μmg=ma4，

解得a3=10m/s2，a4=2m/s2，

又v=v0－a4t1=a3t1，

s1=v0+v2t1－v2t1=v02t1，

联立解得t1=13s，v=23m/s，s1=23m，

则图中D点对应的相对位移值为s=2s1=2×23m=43m，

故（D）正确.

5 结语

本题通过非传统的图象分析方法，要求学生能够从图象中准确解读物体的运动状态，这对于提高学生的物理理解和分析能力具有重要意义.通过解决这类问题，学生能够深化对物理概念的理解，并提升解决复杂物理问题的能力.总之，学会“读图”对于高中生物理学习具有重要意义.通过加强图象教学和培养学生的读图能力，有望提高学生的物理学习效果，为学生的全面发展奠定坚实基础.在未来教学中，教师应继续关注和探讨如何更好地利用图象资源，提高物理教学质量，为培养具有创新精神和实践能力的高素质人才贡献力量.

参考文献：

［1］邓敏.图象法在高中物理解题中的应用［J］.数理化解题研究，2023（31）：106-108.

［2］王薇.物理图象提升高中生物理模型建构能力的研究［D］.石家庄：河北师范大学，2023.

［3］黄春连.图象法在高中物理习题教学中的应用研究［D］.兰州：西北师范大学，2023.