图象法在初中物理解题中的运用探究
2024-04-18丁海
丁海
【摘要】图象法在初中物理力学、电学、光学等问题中有比较广泛的应用.本文以例题的形式分析图象法在初中物理不同问题中的应用,展现图象法在解决问题的优势,探讨其在解决实际问题中的有效性和实用性,给教师的教学和学生的学习提供参考.
【关键词】初中物理;图象法;解题技巧
随着初中物理试题的不断创新,图象法在初中物理解题中的应用越来越受到重视.图象法能够将抽象的物理问题转化为直观的图象,有助于提高学生的解题效率和准确性.
1 用s-t图象判断物体的运动
例1 甲、乙两物体从同一地点同时向相同方向做直线运动,它们通过的路程随时间变化的图象如图1所示,由图象可知,下列选项正确的是( )
(A)乙物体在8~20 s内处于静止.
(B)甲、乙两物体在第15 s时相距80 m.
(C)甲物体在0~20 s内一直做匀速直线运动.
(D)甲、乙两物体在前15 s的平均速度相等.
解析 由图1可知,乙物体在8~20 s内的路程不变,故乙物体处于静止状态,(A)选项正确;从图1中可知,甲、乙两物体在15 s时的路程都为80 m,且甲、乙两物体从同一地点同时向相同方向做直线运动,故甲、乙两物体在第15 s时相距0 m,根据v=st可知,甲、乙两物体在前15 s的平均速度相等,(B)选项错误,(D)选项正确;甲物体在0~20 s内的图象为倾斜直线,表示随着时间的增加,路程均匀增大,故甲物体一直做匀速直线运动,故(C)选项正确.
点评 若两个物体从同一时刻起路程开始增加,则是同时出发;在s-t图象中,平行于时间轴的直线代表物体处于静止状态;某段时间内的平均速度等于该段时间内的路程与所用时间的比值,据此比较平均速度大小即可.
2 用v-t图象分析物体的运动快慢
例2 在平行赛道上比赛,甲、乙两物体的速度与时间关系如图2所示,下列說法正确的是( )
(A)甲物体做匀速运动,乙物体做变速运动.
(B)t1时刻甲物体比乙物体运动得快.
(C)0~t1内两物体所运动距离相等.
(D)t1时刻甲、乙两物体速度相等.
解析 由图2可知,两物体的v-t图象都不是水平的直线,所以都做变速运动,故(A)选项错误;0~t1时间内,甲物体的平均速度小于乙物体的平均速度,由s=vt可知,甲物体所运动的距离小于乙物体运动的距离,故(C)选项错误;t1时刻,甲、乙两物体的速度相等,即此时两物体运动的快慢相同,故(B)选项错误,(D)选项正确.
点评 通过v-t图象可以直观地判断物体做加速运动还是减速运动,也能很快比较物体的运动快慢,可见,v-t图象能将物体抽象的运动形式变得具体化.
3 提取图象中的关键信息解决问题
例3 烟感报警器又叫烟雾报警器,是通过监测烟雾浓度来实现火灾防范目的的一种装置.被广泛应用于家庭、餐馆、工厂、医院、学校、商场等重要防火场所.图3所示为我国目前动车上安装的烟雾报警器,它由控制电路和工作电路两部分组成,如图4所示,其中控制电路由电磁铁(线圈的电阻R0=18Ω)、电源电压U=6V的电源、光敏电阻R、开关等组成;工作电路由工作电源、电铃,指示灯、导线等组成.工作原理:当光敏电阻接收到的光强减弱到一定程度时,工作电路接通,电铃报警.
(1)根据报警器的工作原理判断,A处应接 (填“电铃”或“指示灯”);
(2)将开关S闭合,当线圈中的电流大于或等于250mA时,继电器的衔铁就会被吸合,则光敏电阻接收到的光照强度至少为 cd;
(3)当光照强度为3cd时,控制电路的电流是( ).若光敏电阻的阻值R与光强E之间的关系如图5所示,那么,R与E的关系式为 ;
(4)高铁上是禁止乘客在靠近车厢连接处吃自热米饭的,因为会导致烟感报警器触发报警,此时为降低该烟雾报警器的灵敏度,请提出一种改进建议: .
解析 (1)当光敏电阻接收到的光照强度减弱到一定程度时,光敏电阻增大到一定值,根据电阻的串联,左边的工作电路的总电阻变大,电流变小,电磁铁的磁性变小,磁铁在弹簧弹力的作用下与上面的静触点接触,工作电路接通,电铃报警,故A处应接电铃.
(2)如果当线圈中的电流大于或等于250mA=0.25A时,继电器的衔铁被吸合,由欧姆定律可得,控制电路的总电阻为R总=UI=6V0.25A=24Ω,根据电阻的串联,光敏电阻的阻值为
R光=R总-R0=24Ω-18Ω=6Ω,
由图5可知,光敏电阻接收到的光照强度至少为6cd.
(3)当光照强度为3cd时,由图5可知R′光=12Ω,根据电阻的串联,控制电路的总电阻为
R′总=R′光+R0=12Ω+18Ω=30Ω,
则控制电路的电流为I′=UR′总=6V30Ω=0.2A,
由图象数据可知,光照强度E变为原来的几倍,光敏电阻R变为原来的几分之一,即光敏电阻的阻值R与光照强度E成反比,乘积为一定值,都是36Ω·cd,所以电阻R与光照强度E的关系式为R=36Ω·cdE.
(4)若要降低该烟雾报警器的灵敏度,即在烟雾较多条件下才报警,也就是光照强度减小时(光敏电阻变大,根据电阻的串联,控制电路的总电阻变大)线圈中的电流大于或等于250mA时,由欧姆定律可知,可适当增大电源电压.
点评 本题给出了光敏电阻的阻值R与光照强度E之间的关系图象,学生比较陌生,看见这类题心里没底,属于一道“难”题.但详细分析发现,本图象就是给出了光敏电阻的阻值R与光强E的一一对应关系,根据光照强度的具体值,通过图象查找到光敏电阻的阻值,进而将生活问题转化为电路问题,根据电路规律即可解决问题.
4 结语
可见,图象法有助于直观地呈现物理过程和物理现象,能够形象地表达物理量之间的关系,帮助学生快速找到解题的关键点,降低解题的错误率,提高解题的效率和准确性.图象法的运用有助于培养学生的空间想象能力和逻辑思维能力.图象法在初中物理解题中具有广泛的应用前景,为了更好地促进图象法在初中物理解题中的应用,教师应加强图象法的教学研究,提高教师的技能水平.同时,也要鼓励学生在解题过程中多使用图象法,从图象法中找到解题的优越感和自信心,激发学生的学习热情.
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