高中物理教学论文高中物理图象教学的思考与实践

1高中物理图象教学的思考与实践摘要：高中物理知识的描述方式有文字法、公式法、图象法，它们从多个侧面观察、研究同一物理现象或规律，同时又互相补充，互相完善。然而图象描述要比枯燥的文字、公式更容易理解，但难以掌握，因为高中物理图象是通过应用物理的方法从实物、从实验中抽象出来的或是应用数学手段总结出来的。因此，在新课程物理课堂教学中如何突出图象作用，挖掘图象功能，大力培养学生思维能力就是值得我们当前新课程研究的一个重要课题。本文拟从课堂实践谈几点有关图象教学的想法与做法，促使教师注重图象教学，强化学生的能力培养。关键词：图象图景学生正文：一．关于高中新课程物理图象的几点印象1.物理图象是新课程中的一种重要元素；我们细心来分析一下新人教版教材就会发现，其中的物理图象已成为新教材中一种重要的元素，其出现的频率与广度明显较老教材多。笔者仅从现行的《高中物理必修1》教材中的一些典型物理图象做一次归纳性的呈现，列表如下：图象类别新人教版中涉及图象的位置与教学内容速度时间图象《用打点计时器测速度》某同学手拉纸带运动；借助传感器用计算机测速度《加速度》从v-t图象看加速度《探究小车速度随时间变化的规律》用计算机绘制图象；《匀变速直线运动的位移与时间的关系》位移等于v-t直线下面的面积位移时间图象《匀变速直线运动的位移与时间的关系》利用光电计时器研究自由下落物体弹力与形变量图象《弹力》弹力与弹簧伸长量的关系拉力时间图象《摩擦力》用力的传感器研究拉力变化的图线加速度质量图象《实验：探究加速度与力质量的关系》a与m成反比作用力与时间图象《牛顿第三定律》用传感器探究作用力与反作用力的关系新教材中的高中物理课本增加的图象很多，它们既形象直观又准确客观地反映了物质的属性，又能够起到文字教材不能替代的作用。能否正确挖掘这些图象中的功能，决定着学生能否正确、快速地解决一些物理问题。例如“速度-时间”图象，一方面从图象中可以看出任何时刻的速度大小，另一方面还可以看出速度变化的情况，即加速度。同时，它还包含了位移的大小等于速度线与时间坐标围成的面积。如果仅利用运动学公式和数学极值法去解决运动学问题往往事倍功半，而利用“速度-时间”图象则可以使问题一目了然。2．高考新考纲新增对物理图象的要求；2008年高考说明新增了对图象的要求：能根据物理问题的实际情况和所给条件，恰当运用几何图形、函数图像等形式和方法进行比较、表达，能够从所给图像通过分析找出其所表示的物理内容，用于分析和解决问题；而且随着新课标的逐步实行、研究性学习的深入开展、物理教学中DIS的应用及其它现代教育技术的推广，物理学科对学生的能力培养、评价方式，特别是高考能力要求的转变，使近年高考图象题出现的频率较高、要求加深。尤其在实验题中用图象分析、处理数据。有关图象试题的设计意图明显由“注重由图象获取信息、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”、“注重用数形结合的思想进行逻辑推理、分析、评价”。而且高考命题者常常会突破考纲限制对图象进行综2合考查，因此在图象这一类重要问题的教学过程中，不要太受框框的限制。3．物理图象法是重要的思维方法之一高中物理图象是数与形相结合的产物，是具体与抽象相结合的体现，它能够直观、形象、简洁的展现两个物理量之间的关系，清晰的表达物理过程，正确地反映实验规律。因此，利用图象分析物理问题的方法有着广泛的应用。我们可以运用图象直接解题。一些对情景进行定性分析的问题，如判断对象状态、过程是否能够实现等，常可运用图象直接解答。由于图象直观、形象，因此解答往往特别简捷，可使解题过程更简化，思路更清晰，而且在有些情况下运用解析法可能无能为力，但是常能从图象上触发灵感，另辟蹊径，使你豁然开朗。诚然，不是所有过程都可以用物理图象进行描述的，然而如果能够用物理图象描述，一般说来总是有直观、容易理解的特征。另外可以利用物理图象分析物理实验，这不仅可以避免繁杂的计算，较快地找出物理的发展规律或需求物理量的平均值，也可用来定性地分析误差，因为运用数学工具分析实验误差显得很繁琐，且物理意义不太清晰，倒不如一幅图象更明了、更简单。二．高中物理新课程中图象教学的策略1．看图说话图景再现【问题探究】下图中物体均做直线运动，请分析各做什么运动？你能演示给大家看吗？【情景模拟】分别请学生上讲台表演图象所反映的物理过程，A、B图反映的运动过程如下，而C的运动不同需要学生之间相互协商解决，课堂中通过学生参与演示以上往返运动及相遇过程，课堂气氛异常活跃，让学生充分体验位移图象与速度图象所描述的运动情景。【案例点评】图象学习的难点是如何通过物理图象建立清晰的物理情景，例如在讲授匀速运动的时间位移图象时,有些学生由于没有很好的掌握位移的概念，又不结合实际分析，轻易地把该图象理解为物体的运动轨迹。也有少数学生读不懂这类图象，在数学中这是很简单的直角坐标和正比例函数关系，在此有必要对比着讲解。这些细节之处看起来不重要，然而这是培养学生分析问题、应用数学手段处理问题的能力和提高思维能力的最佳时机。实际上解决图象问题关键在于构建物理模型，形成物理图景，动静结合地理解图象所反映的物理事件。学生要做到这点，要靠平时多看、多想、多练，这些也要从基础的看图说话开始。【变式训练】“蜻蜓点水”是常见的自然现象，蜻蜓点水后在水面上会激起波纹。某同学在研究蜻蜓运动的过程中获得一张蜻蜓点水的俯视照片（部分），假设蜻蜓做匀速直线飞行且隔相等时间点一次水。求蜻蜓当时的飞行速度V1与波速V2的比值。【情景讨论】设计问题让学生参与分析，建立物理情景，表达物理过程，问题设计如下：照片的信息分析C3→蜻蜓点水的过程描述？→部分俯视照片如何理解？→蜻蜓现在在哪里？通过学生积极参与，大胆想象，严密分析，终于在脑海里形成了“蜻蜓点水”的动态画面。2．数理转换交流合作【问题探究】甲、乙两汽车沿同一平直公路同向匀速行驶，甲车在前，乙车在后，它们行驶的速度均为16m/s.已知甲车紧急刹车时加速度大小a1=3m/s2，乙车紧急刹车时加速度大小a2=4m/s2，乙车司机的反应时间为0.5s(即乙车司机看到甲车刹车后O.5s才开始刹车)，(1)求为保证两车在紧急刹车过程中不相撞，甲、乙两车行驶过程中至少应保持多大距离?(2)若乙车紧急刹车时加速度大小a1=3m/s2，甲车紧急刹车时加速度大小a2=4m/s2，其他条件不变，为保证两车在紧急刹车过程中不相撞，甲、乙两车行驶过程中至少应保持距离又该多大?【数理转换】两车在紧急刹车过程，应用速度图象直观反映出来，学生自主探究，作出两种情况下的速度图象，并比较其中的不同？【交流合作】为保证两车在紧急刹车过程中不相撞，分别作出两种情况下甲、乙两车的速度时间图象，前者涉及速度相等临界条件，后者甲车先停，乙车始终比甲运动快。由速度图象的面积之差易得：甲、乙两车行驶过程中至少应保持多大距离mS5.165.0211与mSSS32182甲乙。【案例点评】追击问题涉及多个物体，物理过程复杂（本题还涉及到反应时间），学生要理解其中的物理过程，一要作出运动示意图，二是借助于图象直观地反映追击过程，在作图中学生必定要实现数形转换，让学生学会将物理问题图形化，从而形象直观地反映两车在紧急刹车的全过程，学生脑中物理图景逐渐清晰起来。而又通过学生的合作与交流，讨论与比较，学生在图象与图景之间多次穿插分析，终于洞察出两种刹车情形的不同，联系生活中实际的公路上的追击相遇问题，收获颇多。3．数据处理动手实践【问题探究】在测定一节干电池的电动势和内阻的实验中，现有下列器材：待测干电池一节，电流表G（满偏电流为2.5mA，内阻为199Ω），定值电阻R1＝1.0.Ω，定值电阻R2＝99.5.Ω，电阻箱R（0~99.9Ω），开关、导线若干．（1）请在下面所给方框内，画出实验电路图，其中定值电阻应选用▲(选填“R1”或“R2”)；（2）某同学实验测出了电阻箱的电阻R和电流表G的示数Ig，记录数据(见下表)．请在下面坐标图中描点作出gI1-R图线．次数物理量123456R/Ω1.62.12.23.24.25.6Ig/mA2.252.001.671.501.251.00gI1/(mA)-10.440.500.600.670.801.004（3）根据图线可求得，被测电池的电动势E=___▲___V，内阻为r=___▲___Ω．【案例解析】（1）实验原理图如图所示，1R；（2）如图所示；（3）电表改装后电流表的内阻：119911991Ar，再根据欧姆定律)(200RrrIEAg得ErrREIAg)(2002001，作出图线，剔除数据误差点，由图并计算出此图线的截距3102.0b，斜率6.5108.03k，对照图线的截距和斜率，被测电池的电动势＝01.38~1.44V，内阻为r=0.40~0.60Ω。【案例点评】用上述图象法处理数据，表面看起来似乎使简单问题复杂化了，比如三个测量电动势和内电阻实验，仅从原理、知识和结果的角度看，在测量的数据中任选若干组，用代数法求得E、r，误差也确实不会比用图象法大，甚至图象法还会带来测量精度取决于坐标标度、描点作图会第二次产生“误差”等问题。但是它更能提供给学生处理问题的过程、方法，锻炼其处理实验数据的技能，培养学生思考问题的能力和解决问题的严谨态度、科学方法。这种方式更符合实验数据处理的要求，对锻炼学生解决实际问题的能力很有好处，也更符合新课程标准和培养目标的要求，今年高考题中就有所体现，如08年江苏卷第11题。4．融会贯通自主探究【问题探究】蚂蚁离开巢沿直线爬行，它的速度与到蚁巢中心的距离成反比，当蚂蚁爬到距巢中心的距离L1=1m的A点处时，速度是v1=2cm/s。试问蚂蚁从A点爬到距巢中心的距离L2=2m的B点所需的时间为多少？【案例解析】本题若采用将AB无限分割，每一等分可看作匀速直线运动，然后求和，这一办法原则上可行，实际上很难计算。题中有一关键条件：蚂蚁运动的速度v与蚂蚁离巢的距离x成反比，即xv1，作出xv1图象如图所示，为一条通过原点的直线。从图上可以看出梯形ABCD的面积，就是蚂蚁从A到B的时间：752))(11(211121221221vLLLLLvvTs【案例点评】这是一道竞赛题，蚂蚁的速度与距离成反比，要求变速运动的时间用常规思路很难（可以用微元法处理），在新课程实施后的今天，引导学生打开思路，从牛顿第二定律实验探究加速度与质量的关▲▲▲▲▲▲▲▲1gI/(mA)-1R/ΩO2.04.06.08.00.250.500.751.00R1RGSErR1R1RRGGSErIg-1/(mA)-1R/ΩO2.04.06.08.00.250.500.751.005系、研究匀变速直线运动的位移等问题启发思维，尝试使用图象求解。而用图象来求解该题的关键是确定坐标轴所代表的物理量，速率与距离成反比的条件，可以写成xv1，也可以写成xv1，若按前者确定坐标轴代表的量，图线下的面积就没有意义了，而以后者来确定，面积恰好表示时间，因此,学生在分析这一问题时就是一个尝试与探究的过程。从本题的图象法的应用，让学生深切地体会到理解图象，学以致用的必要性，从中寻找到那种高手成功解决问题的快乐，妙哉！三．教学体会与思考1．在物理概念与规律教学过程中渗透图象思想在实际教学过程中，物理图象作为一种常用的物理思维方法和研究手段，但并不是所有的物理问题都能用到图象法，在课堂教学中，我们要引导学生学会用公式与图象两种方法同时研究同一物理现象同时，更要在平时的物理概念与规律教学过程中渗透图象思想，让它成为学生解决物理问题一种本能反映，如在瞬时速度概念的教学过程中，学生第一次很难接受极限的思想与方法，因为可复习匀速直线运动位移时间图象，进而用图象比较平均速度与瞬时速度。平均速度的几何意义：在位移时间图象中，图象中两点之间割线的斜率表示这两点之间时间内的平均速度。瞬时速度的几何意义：在位移时间图象中，图象在某点的切线的斜率表示在该时刻物体的瞬时速度，这样的教