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《物理高考考纲》指出:“考生要有能运用几何图形、函数图象进行表达和分析问题的能力。”这要求教师落实新课程对学生知识、方法和能力要求的精神。由于坐标图象能形象地表述物理规律,能直观地描述物理过程,能鲜明地表示物理量之间的相互关系及变化趋势,所以有关坐标图象及其运用的相关考点成为考查的热点。下面谈一下个人的体会。
一、坐标图象的含义
坐标图象是借助数学函数的表达式,把研究的物理量定位为坐标轴的函数与变量,使两者间的内在关系直观地显现出来。它是数与形结合的产物,能清楚地表达物理过程和物理规律。
二、坐标图象的种类及形式
1.图象种类
常见的函数图象有:v(速度)-t(时间)图象、X(位移)-t(时间)图象、a(加速度)-F(力)图象、a(加速度)-1/m
(质量倒数)图象、F(力) -X(位移)图象、F(力) -t(时间)图象、波动图象、振动图象、P(压强)-T(温度)图象、V(体积)-T(温度)图象、P(压强)-V(体积)图象、U端(路端电压)-I(电流)图象、I(电流)-t(时间)图象、U(电压)-t(时间)图象等。
2.图象形式
①线型:此类图象是利用线性函数的特点,或是正比例关系,或是一次函数关系;②正弦型(或余弦型):此类图象一般用来表示振动图象或波动图象;③抛物型:此类图象高中阶段最主要是用来研究平抛运动(或类平抛)的轨迹;④双曲型:此类图象用于成反比关系的两个物理量之间。如力一定时,a-m图象;温度一定时,P-V图象;机车功率一定时,F-V图象等。此外还有其他一些类型如方型、锯齿型等。
三、坐标图象的物理意义
1.截距(点)的物理意义
截距是图线与两坐标轴的交点所代表的坐标数值,该数值具有一定的物理意义。电源的V-I图象的电压轴、电流轴截距分别表示的是电源的电动势和短路电流。
案例1:如下图1为左图情景中拉力F与杆稳定时的速度v的关系图,图线在横轴上的截距表示杆所受到的阻力。
解析:如图2为图1情景中拉力F与杆稳定时的速度v的关系图,图线在横轴上的截距表示杆所受到的阻力。
2.斜率(线)的物理意义
物理图象的斜率代表两个物理量增量的比值,其大小往往代表另一物理量值。如U-I图象的斜率为负载的电阻,v-t图象的斜率为加速度。
案例2:如图3所示,静止在光滑水平面上的木块A和B,质量相同,A和B用轻弹簧(弹簧处于自然状态)相连,用水平力F向右推进A。问:从开始推A,到弹簧第一次被压缩到最短的过程中,以下说法中正确的是( )。
A.A和B的速度相同时,则加速度aA>aB
B.A和B的速度相同时,则加速度aA=aB
C.A和B的加速度相同时,则速度 vA D.A和B的加速度相同时,则速度 vA>vB
解析:在水平力F的作用下,A开始向右运动,开始压缩弹簧,则弹簧的弹力推向A和B。B的合力只有一个力,而A的合力等于F减去弹力。把木块A和B的运动用v-t图象(如图4)来表示。在t2时木块A和B速度相等,但此时切线的斜率B大A小,因此aAvB,所以正确选项是D。
3.图象中图线与坐标轴所围面积(面)的物理意义
物理图象的图线与坐标轴所围的面积的值,常代表另一个物理量的大小。如v-t图中的面积代表位移;F-S图中的面积代表功;F-t图中的面积代表冲量;I-t图中的面积代表电量等。
案例3:如图5所示,一个固定在水平面上的物块,其左侧面是光滑的斜面AB,右侧面是光滑的曲面AC。已知AB和AC的长度相等。若两个小球p、q同时从A点分别沿AB和AC面从静止开始向下滑动,试比较p和q到达水平面的时间,选项正确的是( )
A. 小球p先到 B. 小球q先到
C. p和q同时到 D.不能确定
解析:利用v-t图象进行定性的比较。在同一个v-t图象中做出p、q的速率图线(如图6)。q用的时间较少。此题用图象法比较直观明了。
物理学中,不同物理图象中的“点”“线”“面”具有不同的物理意义,教师应当经常提示学生用图象法去处理问题。学生只有掌握图象法的特点和规律,才能更好地用图象法研究和解决物理问题,才能更好地学好物理,理解物理。
(作者单位:江苏省高邮中学)
一、坐标图象的含义
坐标图象是借助数学函数的表达式,把研究的物理量定位为坐标轴的函数与变量,使两者间的内在关系直观地显现出来。它是数与形结合的产物,能清楚地表达物理过程和物理规律。
二、坐标图象的种类及形式
1.图象种类
常见的函数图象有:v(速度)-t(时间)图象、X(位移)-t(时间)图象、a(加速度)-F(力)图象、a(加速度)-1/m
(质量倒数)图象、F(力) -X(位移)图象、F(力) -t(时间)图象、波动图象、振动图象、P(压强)-T(温度)图象、V(体积)-T(温度)图象、P(压强)-V(体积)图象、U端(路端电压)-I(电流)图象、I(电流)-t(时间)图象、U(电压)-t(时间)图象等。
2.图象形式
①线型:此类图象是利用线性函数的特点,或是正比例关系,或是一次函数关系;②正弦型(或余弦型):此类图象一般用来表示振动图象或波动图象;③抛物型:此类图象高中阶段最主要是用来研究平抛运动(或类平抛)的轨迹;④双曲型:此类图象用于成反比关系的两个物理量之间。如力一定时,a-m图象;温度一定时,P-V图象;机车功率一定时,F-V图象等。此外还有其他一些类型如方型、锯齿型等。
三、坐标图象的物理意义
1.截距(点)的物理意义
截距是图线与两坐标轴的交点所代表的坐标数值,该数值具有一定的物理意义。电源的V-I图象的电压轴、电流轴截距分别表示的是电源的电动势和短路电流。
案例1:如下图1为左图情景中拉力F与杆稳定时的速度v的关系图,图线在横轴上的截距表示杆所受到的阻力。
解析:如图2为图1情景中拉力F与杆稳定时的速度v的关系图,图线在横轴上的截距表示杆所受到的阻力。
2.斜率(线)的物理意义
物理图象的斜率代表两个物理量增量的比值,其大小往往代表另一物理量值。如U-I图象的斜率为负载的电阻,v-t图象的斜率为加速度。
案例2:如图3所示,静止在光滑水平面上的木块A和B,质量相同,A和B用轻弹簧(弹簧处于自然状态)相连,用水平力F向右推进A。问:从开始推A,到弹簧第一次被压缩到最短的过程中,以下说法中正确的是( )。
A.A和B的速度相同时,则加速度aA>aB
B.A和B的速度相同时,则加速度aA=aB
C.A和B的加速度相同时,则速度 vA
解析:在水平力F的作用下,A开始向右运动,开始压缩弹簧,则弹簧的弹力推向A和B。B的合力只有一个力,而A的合力等于F减去弹力。把木块A和B的运动用v-t图象(如图4)来表示。在t2时木块A和B速度相等,但此时切线的斜率B大A小,因此aA
3.图象中图线与坐标轴所围面积(面)的物理意义
物理图象的图线与坐标轴所围的面积的值,常代表另一个物理量的大小。如v-t图中的面积代表位移;F-S图中的面积代表功;F-t图中的面积代表冲量;I-t图中的面积代表电量等。
案例3:如图5所示,一个固定在水平面上的物块,其左侧面是光滑的斜面AB,右侧面是光滑的曲面AC。已知AB和AC的长度相等。若两个小球p、q同时从A点分别沿AB和AC面从静止开始向下滑动,试比较p和q到达水平面的时间,选项正确的是( )
A. 小球p先到 B. 小球q先到
C. p和q同时到 D.不能确定
解析:利用v-t图象进行定性的比较。在同一个v-t图象中做出p、q的速率图线(如图6)。q用的时间较少。此题用图象法比较直观明了。
物理学中,不同物理图象中的“点”“线”“面”具有不同的物理意义,教师应当经常提示学生用图象法去处理问题。学生只有掌握图象法的特点和规律,才能更好地用图象法研究和解决物理问题,才能更好地学好物理,理解物理。
(作者单位:江苏省高邮中学)