高中物理图像专题

刘爽

【三维目标】知识与技能：

能用图像描述匀速直线运动的“位移-时间”、“速度-时间”关系和匀变速直线运动的“速度-时间”关系；

通过“位移-时间”、“速度-时间”图像的学习，迁移到其他图像的理解应用；

能描述出各种图像的物理意义，能从图像中获取有用的信息。

过程与方法：

通过图像的认知、了解，简化物理计算，使物理过程更清晰直观；

建立函数思想、微分思想，运用数学中的一次函数帮助学生理解图像中的斜率、面积等是什么物理含义，使学生从图像中获取更多有用的信息。

情感态度与价值观：

体会用各种不同方法描述物理现象的乐趣，从知识是相互关联、相互补充的思想中，培养学生建立事物是相互联系的唯物主义观点。

【教学重点】通过图像的认知、了解，简化物理计算，使物理过程更清晰直观。

【教学难点】建立函数思想、微分思想，运用数学中的一次函数帮助学生理解图像中的斜率、面积等是什么物理含义，使学生从图像中获取更多有用的信息。

【教学方法】讨论式，启发式。

【课时安排】2课时。

【教学过程】

一、导入新课

在历年的高考中，图像问题总会出现，而且占有相当的比例，在教学大纲和高考的考试说明中也有明确的要求。有的直接给出图像，要求依据图像分析判断物理过程，也有的需要作出图像才能解答。今天我们把高中阶段涉及到的物理图像进行归纳总结。

二、推进新课

要点讲解：

（一）对图像意义的理解

（1）首先应明确所给的图像是什么图像，即认清图像中横轴、纵轴所代表的物理量及它们间的“函数关系”，特别是对那些图形相似、容易混淆的图像，更要注意区分。例如运动学中的s—t图像、v—t图像等。

（2）要清楚地理解图像中的“点”、“线”、“斜率”、“截距”、“面积”的物理意义。

①点：图线上的每一个点对应研究对象的一个状态，要特别注意“起点”、“终点”、“交点”、“拐点”，它们往往对应着一个特殊状态。②线：表示研究对象的变化过程和规律。如v—t图像中的图线若为倾斜直线，则表示物体做的是匀变速直线运动。③斜率：表示横、纵坐标上两物理量的相对变化率。常有一个重要的物理量与之对应，用于求解定量计算中所对应的物理量的大小以及定性分析变化的快慢。如s—t图线的斜率表示速度的大小，v—t图线的斜率表示加速度的大小等。其次，变化率还要注意平均变化率与瞬时变化率的区别，例如：图中直线PQ的斜率表示速度在t0时刻的变化率，而直线OP的斜率表示速度在0-t0时间内的平均变化率。④截距：表示横、纵坐标两物理量在“边界”条件下的大小，由此往往能得到一个很有意义的物理量，如测量电源电动势和内阻的实验图像，其纵截距等于电源电动势、当纵轴起点为零时，横截距等于短路电流，图线斜率的绝对值则等于电源内阻。⑤面积：图线与坐标轴围成的面积常与某一表示过程的物理量相对应。如v—t图线与纵横轴包围的“面积” 大小表示位移的大小。如图所示的F—t图像中的“面积”大小表示冲量大小，F—s图像中的“面积”大小表功的多少。

引导学生讨论并填写面积、斜率对应的物理意义：

图像 面积 斜率

速度 —时间（v—t） 位移 加速度

位移—时间（x—t） 速度

加速度—时间（a—t） 速度

力—时间（F—t） 冲量

力—位移（F—x） 功

力—加速度（F—a） 质量

电压 —电流（U—I） 功率

电磁感应：电流—时间（i—t） 电荷量

电场强度—位移

（E—x） 电势差

电势——位移（φ—x） 沿x轴场强

电势能——位移

（Ep—x） 绝对值代表沿x轴的电场力

伏安特性曲线（U—I） （与原点连线斜率）电阻

路端电压—电流

（U—I） 电源内阻

（二）例题讲解

例1：空间某一静电场的电势φ在x轴上分布如图所示，x轴上两点B、C点电场强度在x方向上的分量分别是EBx、ECx，下列说法中正确的有（ ）

A.EBx的大小大于ECx的大小

B.EBx的方向沿x轴正方向

C.电荷在O点受到的电场力在x方向上的分量最大

D.负电荷沿x轴从B移到C的过程中，电场场力先做正功，后做负功

解析：应用公式剖析斜率含义，引导学生对试题进行解析。答案：A D

例2：【2016·上海卷】地面上物体在变力F作用下由静止开始竖直向上运动，力F随高度x的变化关系如图所示，物体能上升的最大高度为h，h

解析：通过建立F-x表达式，解出平均力，再利用动能定理、牛顿第二定律求解。答案：0或h；

例3：【2015·全国新课标Ⅰ·35（1）】在某次光电效应实验中，得到的遏制电压u0与入射光的频率v的关系如图所示，若该直线的斜率和截距分别为k和b，电子电荷量的绝对值为e，则普朗克常量可表示为，所用材料的逸出功可表示为。

解析：通过爱因斯坦光电效应方程建立函数表达式，并说明斜率和截距的含义。答案：h=ek w0=-eb

（三）课堂小结

要清楚地理解图像中的“点”、“线”、“斜率”、“截距”、“面积”的物理意义。

重点理解典型图像面积、斜率对应的物理意义：

（四）当堂练习

（B-t图像）一匀强磁场的方向垂直纸面，规定向里的方向为正，在磁场中有一细金属圆环，圆环平面位于纸面内（如上图所示），现使磁感强度B随时间t变化（如上图所示），用E1、E2、E3、E4分别表示oa、ab、bc、cd段感应电动势的大小，I1、I2、I3、I4分别表示对应的感应电流，则（ ）

A.E1>E2，I1沿逆时针方向，I2沿顺时针方向

B.E1

C.E1

D.E3=E4，I3沿顺时针方向，I4沿顺时针方向

静电场方向平行于x轴，其电势φ随x的分布可简化为如图所示的折线，图中φ0和d为已知量。一个带负电的粒子在电场中以x=0为中心，沿x軸方向做周期性运动。已知该粒子质量为m、电量为-q，其动能与电势能之和为-A（0

（2）粒子的运动区间；

（3）粒子的运动周期。

三、教学反思

整堂课的中心应该围绕提高学生的读图能力为中心展开，但在实际操作中变成了讲题为主，被题目中选项所牵制，没有真正让学生学会怎样去读图。

在课堂上虽然把学生的问题呈现出来了，但没有想好用怎样的措施去解决学生的错误，或者把学生所犯的错误深层次原因找出来，所以学生下次还会犯同样的错误。

整堂课还要看学生在学习过程中是否积极主动地跟进、共鸣和投入，采用的教学手段还可以多样化。但最关键的实效如何，在专项训练中针对性还需加强。