挖掘图像信息 解决物理图像问题

摘 要：图像是物理问题的重要组成部分，也是解答物理问题的常见方法，对于高中学生而言，如何把数学的函数以及对应的图像应用到物理思维学习和解题中来，是一个值得我们老师关注的问题，本文从图像信息方面，浅谈如何挖掘图像信息以及对应有关的数学函数，用几个例子阐述如何获取图像信息进行解题，提高解决有关物理图像问题的能力。

关键词：物理图像问题；数学函数；有效解答

在高中的物理教学和解答物理问题中，要接触大量有关图像的信息，几乎每一知识板块都会涉及图像信息，也会接触到大量有关物理图像的问题。高中物理问题的表述常见有三种：一是文字语言，文字描述便于理解，但不简洁，题目所占篇幅会比较大，文字阅读量大；二是函数语言，数学函数描述精练、严谨，但不形象、直观，对学生数学知识要求较高；三是图像语言，图像语言能形象、直观地描述物理量间的关系，反映物理规律，但对学生看图提取信息能力提出较高要求。物理问题经常要涉及这三种表达方式，图像语言、函数语言和文字语言构成表达物理过程与物理量关系的三种表达方式，要求学生能把它们与物理情景进行相互转换，才能快速解答物理问题。

高中物理试题对于图像的应用大致可以分为下面几类情况：

（1）由图像给信息，需要观察和分析图像，从图像中获取必要的信息，与物理情景进行相互结合从而解答。这一类是最常见的，几乎每年高考试题都出现。

（2）题目没有对应图像，需要通过题目情景自己画图或自己通过数学函数推导画出图像才能解答题目。

（3）试题给一种图像，需要结合物理知识和规律画出另一种图像。

（4）实验中，为了减小误差，经常采用图像法处理数据。

近几年高考说明中对图像问题的要求是“能够运用几何图形、函数图像解决物理问题”、“能对物理规律、状态和过程在理解的基础上用合适的图像表示出来，会用图像来处理物理问题”。纵观这几年全国高考试卷，各地高考试题中图像问题出现频率较高，许多图像试题的设计意图明显由“对状态的判断”转化为“注重对过程的理解和处理、注重对实验数据的分析及得出结论、注重用数形结合的推理、分析”。可以感觉到：“从对图像意义的理解到根据图像获取信息的能力”的要求越来越高。所以，我们在平时的教学过程中，要有意识培养学生的读图能力，能读懂图，获取图像信息，会用图，能解答物理有关图像问题。

能否正确理解图像含义并挖掘这些图像中的信息与发挥其功能，决定着学生能否正确、快速地解决物理图像问题。在教学过程中，要帮助学生建立对图像的充分理解，通过图像推断出物理意义和物理情景，能将函数图像与函数方程联系起来，进一步获取全面的信息。处理图像问题的关键是搞清楚图像所揭示的物理规律或物理量间的函数关系，对图像的“轴”、“线”、“点”、“斜率”、“截距”、“面”等进行分析，弄清它们所表示的实际物理意义。

（1）“轴”描述的是哪两个物理量之间的关系，是它们函数关系式的体现。

（2）“线”代表纵轴物理量随横轴物理量变化的过程和规律。如vt图像描述物体运动速度与时间变化关系，倾斜直线则表示物体做匀变速直线运动；UI图像表示路端电压随电路电流减小而减小，且成线性关系。

（3）“点”图像的每个点对应研究对象的一个状态，图像的“起点”、“终点”、“交点”、“拐点”等往往对应一个特殊的状态，分析这些特殊点往往可以找到解决问题的条件，根据物理量关系建立方程，解决问题。例如st图两线的交点表示两物体相遇，UI图表示电源接外阻时的工作状态。

（4）“斜率”表示横、纵坐标轴两物理量的比值，常有一个重要的物理量与之对应。如xt图像表示速度大小，vt图像表示加速度大小，UI图像表示电阻大小。

（5）“截距”是图线与两坐标轴的交点所代表的坐标值，该数值具有一定的物理意义，常通过函数关系来确定。

（6）“面积”图线与坐标轴围成的面积与某一过程的物理量相对应，例如vt图线与横坐标轴包围的面积表示位移，at图线与横坐标轴包围的面积表示在对应时间内速度的变化量，Fs 图像中面积表示功的大小。

例如恒定电流中关于闭合电路的UI图像（如图所示），从中我们可以得到什么呢？

从该图像中我们能获知电源路端电压随回路电流增大而减小，可知电源电动势（纵轴截距）、短路电流（横轴截距）、电源内阻大小（斜率大小），能知道不同工作状态下外电阻大小（OB斜率）、电源的输出功率（OCBD面积）等。

可见，通过一个图像，能给我们提供大量的信息，我们要抓住图像相关的信息，才能有效解题，在平时的教学中，要挖掘这一方面的练习加强学生看图，解答图像问题的能力。

苏霍姆林斯基说过“教会学生把题‘画出来，其用意就在于保证由具体思维向抽象思维的过渡”。由文字到图像的思维跨度非常大，同样，由图像信息转化成物理情景需要更高的思维能力，需要教师在教学上和解答问題上对学生加以指导，在平时的教学和练习中，帮助学生建立“要作出一个确定的物理图像，需要得到相关的函数关系式”的习惯。在平时练习中，要学生养成看图释义、审题画图的习惯，不断训练学生的物理形象思维和逻辑思维能力，从而提高学生解决图像问题的能力，应用图像解决物理问题的能力。

参考文献：

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[2]喻世田.图像的斜率在高中物理教学中的应用[J].物理教学探讨，2008，26（3）：23-25.

[3]刘青苗.图像法在高中物理教学中应用的问题研究[D].上海：上海师范大学，2011.

作者简介：

何玉香，广东省广州市，广州市协和中学。endprint