画出物理知识新高度

张永桃

摘 要：在高中物理教学当中，运用的方法越来越多，而作图法是至关重要的一种方法，运用作图法能够突破物理知识的瓶颈，提升解题能力与学习效率。从运用作图法解决运动学方面的问题和运用作图法解决微元法方面的问题这两个方面探究了作图法在解决高中物理知识问题上的运用。

关键词：高中物理；知识；作图法；突破；运动学；微元法

历年物理高考题当中必不可少的便是图象问题，出现的形式多种多样，有选择题或者大题；然而，这些试题通常只对受教育者的读图与分析图的能力进行考查，即便是要求作图也仅仅是简单地描点连线，所以多数受教育者在解题的过程当中，通常缺少运用作图法解决问题的意识与能力。物理知识虽然能够运用公式解答，可面对相对复杂的问题的时候，不仅耗时长还容易出错，若是能够运用作图法，便能够快速找到思路，对所学知识有所突破。

一、运用作图法解决运动学方面的问题

1.运用作图法简化运算

例如：小红乘坐北京某大楼的快速电梯，从最底下的楼层到达第119层的天台仅仅耗时55s，如果电梯先做匀加速运动，加速度为a1，达到最大速度18m/s，接着用最大的速度做匀速运动，最终做匀减速运动，用加速度a2，正好到达天台，假如将天台的高度设定为549m，求电梯匀速运动的时间。

解析：先运用基本的物理公式对这道题进行解答，将匀速运动的时间设为t3，那么所需的加速度公式为：

a1t1=18m/s

a2t2=18m/s

t1+t2+t3=55s

根据速度位移得到公式：

9×（t1+t2）+18×t3=549m

然而，这样一来五个未知数仅有四个方程，肯定是没有解的，惟有把t1+t2作为整体考虑才可以将t3解出。可是这种方法相对比较复杂，耗时过长。如果先将电梯的运动图作出来，如下图所示，那么根据图象便能够直观看出梯形的高、下底与面积是题中给出的，而梯形的面积也就是运动的高度，就是549m，如此一来，运用作图法便很容易地解出了t3，也就是上底。

549=18×（55×t3）×

t3=6s

2.运用作图法分析运动情况

例如：在一个平滑的水平桌面上，有一块木块处于静止状态，一支枪沿着水平方向，一前一后地将两颗质量和速度都一样的子弹发出去，两颗子弹在穿越木块的时候，位置不同；假设两颗子弹在穿过木块的时候，所受到的阻力是不变而且是一样的，重力与空气阻力的影响不计，请试着对子弹与木块的运动情况进行分析。

分析：若想对子弹与木块的运动情况进行分析，倘若仅仅运用基本的物理公式，便需运用很多次动量守恒定律，而且还需要对系统与个体进行逐步分析，这种方式不容易精准地分析出结果。这个时候，如果画出v-t图，如下图所示，那么便很容易地分析出结果了。

图中很明显地可以看出线段Od是木块第一次做加速运动的过程，ab是第一颗子弹做减速运动的过程，梯形Oabd的面积就是木块的长度。因为木块同子弹之间的摩擦力是不发生变化的，也就是ab的斜率是不变的，那么同样的道理，可以得出ef是木块第二次做加速运动的过程，ab′是第二颗子弹做减速运动的过程，梯形aefb′的面积就是木块的长度，由于木块长度没有发生改变，所以两个梯形的面积肯定是相同的。如此一来，便能够分析出第二颗子弹穿过木块的用时更长，减少的动能和动量相对更多。

由此见得，运用作图法作出的图象同单纯的文字计算相比，显得更加直观，特别是针对那些繁复的变速运动以及多种物体运动等问题。倘若仅仅拘泥于固定的思维，很不容易将物体的运动情况准确地分析出来，而作图法能够帮助受教育者展开清晰的思考，运算起来更加简便。

二、运用作图法解决微元法方面的问题

从本质上来说，作图法与微元法之间有很多相通的地方，微元法是指瞬间所改变的量，在图象中的体现便是斜率；与此同时，微元法最后的叠加演算的表示也能够用图象中的面积，在解题过程中的步驟基本上是：第一步找到所求物理量的瞬间表达式，接着将当中的变量提取出来，最终运用作图法根据面积进行解答。

例如：如上图所示，一个光滑的金属导轨MON于一个水平面上固定，其顶角为90度，导轨MO、NO具有相同的长度，M、N两点之间的距离l=2m，这一系列装备处在匀强磁场之中，磁感应的强度大小为B=0.5T，方向为竖直往下，一根粗细匀称、单位长度电阻值r=0.5Ω/m的导体棒在垂直于棒的水平拉力作用当中，在MN点用v=2m/s的速度沿着导轨方向往右进行匀速运动，在运动的时候，导体棒始终同导轨保持良好的接触，忽略导轨的R，试求出导体棒在经过金属导轨这一系列过程当中所产生的焦耳热是多少。

解析：一般来说，这道题可运用焦耳热的相关公式进行解答，即Q=I2Rt，显而易见，这是R随时间进行变化的情形，计算的过程中需运用微元法，若是运用作图法进行解题便能够省去很多的步骤，不仅耗时短而且准确率更高。

第一步，将Q的瞬时表达式求出：

Q=I2Rt==×Δt×l

l=2-2x（x是水平方向运动的距离）

Q总=∑=∑×Δt×l

下一步，运用作图法作出以下图象，可以得出∑l×Δt是：

2m×0.5s×0.5=0.5m·s

再将其代进去，得出Q=1J

综上所述，作图法在高中物理教学当中发挥着极其重要的作用，运用作图法，有助于学生对物理知识更深入地学习与更透彻地掌握，在实际的高中物理教学当中，广大教育者应当将作图法有效地与所授物理知识相结合，引导受教育者在解决物理问题的过程当中能够合理地运用作图法，从而令教学成效以及受教育者对物理知识的掌握运用情况得以显著提升。

参考文献：

[1]吴天宇.用“作图法”巧解高中物理问题[J].中学生理科应试，2016（12）：26-28.

[2]堵健忠，孙林伟.教会学生用作图法破解高中物理学习障碍[J].湖南中学物理，2017（4）.

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