用美育的眼光审视高考图像类问题

章 强 庞惠华

(1.江苏省南菁高级中学，江苏 无锡 214437; 2.江苏省江阴高级中学，江苏 无锡 214437)

用美育的眼光审视高考图像类问题

章 强1庞惠华2

(1.江苏省南菁高级中学，江苏 无锡 214437; 2.江苏省江阴高级中学，江苏 无锡 214437)

物理图像类问题是高考重点和教学难点，在日常教学中将美育与物理图像教学相融合，从美育的三个教育层面“认识——鉴赏——创造”出发，在提高教学效率的同时，渗透情感态度与价值观的教育，让学生建立正确的审美观，发展和提高学生鉴赏美、创造美的能力，借助美育达成三维教学目标.

高考物理；图像；美育

《普通高等学校招生全国统一考试大纲》明确提出：考查学生根据具体问题列出物理量之间的关系式，运用函数图像进行表达、分析.图像问题是各地高考物理的重点，是许多学生望而生畏的考题.从客观上讲，解题困难是因为图像类高考题知识综合程度高、物理过程复杂、对学生的能力要求高；从主观上讲，解题困难还来自教学中，这类问题较难归纳，解题思路不清晰.笔者在研究试题的基础上，结合美育的要求，归纳出从美育的视角思考高考图像类问题的新思路，以利于激发学生解决物理问题的兴趣，促进三维教学目标的达成.

1 认识美——理解图像，获取信息

美育中最低层次的教学目标是通过认识美、体验美的活动，培养学生健康的审美观.在高考物理图像类问题教学中，通过对图像的认识，帮助学生加深对复杂物理过程的理解，总结通过物理图像获取信息的方法.

例1(2015年全国卷)：如图1所示，一物块在t=0时刻滑上一固定斜面，其运动的v-t图线如图2所示.若重力加速度及图中的v0、v1、t1均为己知量，则可求出( ).

A．斜面的倾角

B．物块的质量

C．物块与斜面间的动摩擦因数

D．物块沿斜面向上滑行的最大高度

图1

图2

在本题中，从速度-时间图像中获得有用信息是解决本题的关键，所以我们在教学中不仅仅是教会学生解题，而应该重点培养学生认识图像、理解图像和获取信息的能力，这也就是通过对美的认识和理解，培养学生正确的审美观.笔者认为物理图像应该从五个方面去认识：图像的物理意义、函数表达式、斜率、截距以及图像与坐标轴所围成的“面积”.例1中是速度-时间图像，图像描述的物理意义是物体在任意时刻的瞬时速度，斜率表示为物体的加速度，y轴截距是初速度v0，图像与时间轴围成的“面积”表示位移.

2 鉴赏美——辨析图像，改变图像

美育的中等层次教学目标是发展学生鉴赏美的能力，所谓鉴赏是对物体或者是问题的鉴定和欣赏.人们在鉴赏中的思维活动和感情活动一般都从对鉴赏对象的具体感受出发，根据自己的经验等因素对形象加以补充和丰富.高考物理图像类问题中对物理各类图像分析、判断、补充也一直是考查的重点，所以在平常的教学中要培养学生的对图像鉴赏的能力.

图3

例2(2015年全国卷)：一汽车在平直公路上行驶.从某时刻开始计时，发动机的功率P随时间t的变化如图3所示.假定汽车所受阻力的大小f恒定不变，下列描述该汽车的速度v随时间t变化的图像中，可能正确的是( ).

图4

综上所述，只有A选项正确.

例3(2014年无锡期中调研)：在“利用打点计时器测定匀变速直线运动加速度”的实验中，打点计时器接在50Hz的低压交流电源上，某同学在打出的纸带上按打点的先后顺序每5点取一个计数点，共取了A、B、C、D、E、F六个计数点(每相邻两个计数点间还有四个点)．从A点开始在每一个计数点处将纸带剪开分成五段(分别为a、b、c、d、e段)，将这五段纸带由长到短紧靠但不重叠地粘在xOy坐标系中(如图5)．

图5

(1) 若把每一段纸带的右上端连接起来，结果得到一条倾斜的直线，如图5所示，由图可知纸带做___________运动，且直线与x轴夹角越大,说明纸带运动的________越大．

(2) 从第一个计数点A开始计时，为求出0.25s时刻纸带的瞬时速度，需要测出哪一段纸带的长度？

(3) 若测得a段纸带的长度为10.0cm，e段纸带的长度为2.0cm，则可求出加速度的大小为_________m/s2．

解答：(1) 匀减速直线运动，加速度；(2)AC段；(3) 由逐差法Sa-Se=4aT2，可得a=2m/s2.

图6

3 创造美——画出图像，解决问题

美育最高层次的教学目标是培养和提高学生创造美的能力，所谓创造是指将两个或两个以上概念或事物按一定方式联系起来,主观地制造客观上能被人普遍接受的事物,以达到某种目的的行为.针对高考物理中较难题，学生能够准确地画出物理图像，直观地描述复杂的物理过程，并解决用数学计算很难解决的问题，是物理教师最高的教学追求，也是三维教学目标最好的实现.

例4(2014年上海卷)：如图7所示，竖直平面内的轨道Ⅰ和轨道Ⅱ都由两段直杆连接而成，两轨道长度相等用相同的水平恒力将穿过在轨道最低点B的静止小球，分别沿着杆推至最高点A，所需时间分别为t1、t2；动能增量分别为ΔEk1、ΔEk2，假定球在经过轨道转折点前后速度大小不变，且球与Ⅰ、Ⅱ轨道间的动摩擦因数相等，则( ).

图7

A. ΔEk1>ΔEk2;t1>t2

B. ΔEk1=ΔEk2;t1>t2

C. ΔEk1>ΔEk2;t1

D. ΔEk1=ΔEk2;t1

解析:由于沿不同轨道运动到同一位置，所以用相同的水平恒力时，恒力做的功大小相同，重力所做的功大小相同，对在斜轨道上物体受力分析可知，其摩擦力所做的功也相同，由动能定理可知：ΔEk1=ΔEk2.本题难点在对于所需时间t1、t2的比较，需要画出物体沿不同轨道的速度-时间图像，如图8所示，对在斜轨道上物体进行受力分析可知，轨道Ⅰ第一段加速度小，第二段加速度大，轨道Ⅱ则相反，轨道Ⅰ和轨道Ⅱ总位移相同，加速度大小在图像上对应为斜率，位移在图像上对位为图像与t轴所围成“面积”，从图像上可以直观的看出t1>t2.

图8

例5：如图9所示，质量为M、长为L的木板置于光滑的水平面上，一质量为m的滑块放置在木板左端，滑块与木板间滑动摩擦力大小为f，用水平的恒定拉力F作用于滑块．当滑块运动到木板右端时，木板在地面上移动的距离为s，下列结论中正确的是( ).

图9

A．在上述过程中，F做功等于滑块和木板动能的增量

B．在其他条件不变的情况下，M越大，s越小

C．在其他条件不变的情况下，F越大，滑块到达右端所用时间越长

D．在其他条件不变的情况下，f越大，滑块与木板间产生的热量越多

解析:由功能关系可知拉力F做功，除了增加两物体动能以外还有系统产生的热量，故A选项错误.

系统产生的热量等于摩擦力和相对位移的乘积，相对位移没变，摩擦力越大，产生的热量越多，故D选项正确.

由于木板受到摩擦力不变，当M越大时木板加速度小，加速度在速度-时间图像中对应于斜率，而滑块加速度不变，相对位移一样，相对位移对应于图像中的“面积”，滑块在木板上运动时间短，所以木板运动的位移小，故B选项正确(如图10).

图10

滑块和木板都是做初速度为零的匀加速运动，在其他条件不变的情况下，木板的运动情况不变，滑块和木板的相对位移还是L，所以拉力F越大滑块的加速度越大，离开木板时间就越短，故C选项错误.

从上面的几个题目可以看出，图像类问题是高考考查的重点之一，在平时教学中我们不仅要教会学生解题，还要培养学生对图像的认知能力、鉴别和判断能力以及利用图像解决问题的能力.笔者认为我们可以将美育融合到物理教学中，物理图像展示了物理学之美，可培养学生审美观，发展和提高学生鉴赏美、创造美的能力，同时培养学生科学严谨的科学态度，提高学生的物理学习兴趣.