例說圖像題的特征類舉與能力應(yīng)用

林 寧

(江蘇省東臺中學(xué) 江蘇 鹽城 224200)

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例說圖像題的特征類舉與能力應(yīng)用

林 寧

(江蘇省東臺中學(xué) 江蘇 鹽城 224200)

圖像題是高考物理必考內(nèi)容之一，也是考查學(xué)生綜合應(yīng)用能力的一種方式．其優(yōu)點在于它能形象地反映各物理量的內(nèi)在對應(yīng)關(guān)系，它會給我們的解題提供推理分析的信息，它可成為快速解決難題的一種手段．因此，在高三教學(xué)中教師要起到分類研究、變通思維、化解難度的作用，讓學(xué)生在“學(xué)與思”的過程中真正達到識別、能畫和會用的效果．由于題型變化眾多，現(xiàn)類舉幾道代表性的圖像題(含實驗題)加以探討和概述，以期加強師生對圖像問題的關(guān)注．

1 以“力”制“動”抓極點快比較

【例1】(2014年高考重慶卷第5題)以不同初速度將兩個物體同時豎直向上拋出并開始計時，一個物體所受空氣阻力可忽略，另一個物體所受空氣阻力大小與物體速率成正比．下列用虛線和實線描述兩物體運動的v-t圖像可能正確的是

圖1

能力支招：凡涉及到運動圖像問題，基本思路是：通過力和運動的關(guān)系來分析加速度的變化情況，根據(jù)運動特點找規(guī)律，抓住圖像斜率做比較，尤其是抓好運動過程中一些特定點的信息來快速作出判斷是優(yōu)先要考慮的一種策略．同時，教學(xué)中可配對好相關(guān)題型有針對性地做好分類、分層指導(dǎo)和訓(xùn)練工作，適當(dāng)借助好數(shù)學(xué)手段加以研判．

2 以“能”顯“力”抓因果促遷移

【例2】(2014年高考安徽卷第17題)一帶電粒子在電場中僅受靜電力作用，做初速度為零的直線運動．取該直線為x軸，起始點O為坐標(biāo)原點，其電勢能Ep與位移x的關(guān)系如圖2所示．下列圖3中合理的是

圖2

圖3

試題評析：此題難點是解決帶電粒子在運動過程中所受電場力的變化情況．分析時可在圖像上取相鄰相等的兩小段Δx來研究和比較，可以發(fā)現(xiàn)ΔEp值越來越小，由電場力做功與電勢能的關(guān)系有W電=-ΔEp，可知Ep-x圖線的斜率表示靜電力F的大小，可見靜電力F逐漸減小，而F=qE，故不是勻強電場，A錯誤；根據(jù)牛頓第二定律粒子做加速度減小的加速運動，C錯誤，D正確；根據(jù)能量守恒ΔEk=-ΔEp，比較圖線B錯誤．所以正確選項為D．

能力支招：教學(xué)推理分析時可由勻強電場中電勢能與位移Ep-x最基本的圖像出發(fā)，自然引申得出在一般的Ep-x圖像中，圖線斜率則表示電場力的變化情況，認識、理解和應(yīng)用的效果會更好．同樣，可針對φ-x,E-x等圖像問題做好變通和研究．

3 以“場”找“點”抓運動求嚴(yán)謹

【例3】如圖4所示，均勻帶正電的金屬圓環(huán)豎直放置，A和B是軸線上相對于圓心O的對稱點．某時刻一個電子從A點沿軸線向右運動至B點，此過程中電子運動的v-t圖像(圖5)可能是

圖4

圖5

試題評析：此題重點首先要準(zhǔn)確判定好電場強度E的大小和方向的變化情況，同時要關(guān)注好電子的初始位置和狀態(tài)情況．由于均勻帶正電的金屬圓環(huán)產(chǎn)生的電場具有對稱性，在金屬圓環(huán)中心和無窮遠處的場強都為零．因此，在中心線上從無窮遠處到金屬圓環(huán)中心的場強是先變大后變小，兩側(cè)方向相反，則電子從A到B的運動過程中，速度是先變大后變?。钟捎贏點的位置與場強最大的位置關(guān)系不確定，初始速度情況也不確定，因而，電子運動的v-t圖像可能是A，B，C．

能力支招：在教學(xué)中要讓學(xué)生熟悉和掌握常見典型電場的電場強度E的分布特征，結(jié)合力與運動的關(guān)系，重點把握好加速度的變化特點來分析問題．另外，此題還可以轉(zhuǎn)換成v2-x圖像，值得注意的是v2-x圖像實際反映了動能隨位移變化的快慢．若在其圖線斜率最大的位置，粒子的動能隨位移變化是最快的，其電勢能變化就最快，則電場力最大，電場強度也最大．應(yīng)當(dāng)說，粒子在電場中的運動圖像都可以找到相應(yīng)客觀存在的實際電場，要有逆向思維和變通思維的培養(yǎng)意識．

4 以“圖”比“值”抓規(guī)律解疑惑

【例4】如圖6(a)所示，是“工”形擋光片通過一個光電門測定重力加速度的裝置．如圖6(b)所示，“工”形擋光片上下兩叉的寬度都為d，兩擋光片前沿間的距離為L．實驗中光電門測出“工”形擋光片下叉通過它的擋光時間為Δt1，上叉通過它的擋光時間為Δt2．若將擋光片通過光電門的平均速度作為擋光片兩前沿通過光電門時的瞬時速度．請回答：

圖6

(1)測量重力加速度的表達式為g=________．

(2)如果不考慮空氣阻力的影響，且操作方法正確無誤，用上述要求和方法測得的重力加速度的值______(選填“大于”、“等于”或“小于”)當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣龋?/p>

試題評析：

(1)根據(jù)題意，將擋光片通過光電門的平均速度作為擋光片兩前沿通過光電門時的瞬時速度，即

由勻變速運動公式

可得

(2)由于“工”形擋光片豎直向下加速運動，當(dāng)其通過光電門時上叉的速度大于下叉的速度．對于寬度都為d的兩叉，顯然由v-t圖像可判定通過光電門時叉的速度越大，則中間時刻的位置將更接近中點位置，從作出的圖7就可更為直觀地說明，圖中t1～t2和t3～t4實線間圍成的面積即為d，兩叉中間時刻位置之間的距離(圖中兩虛線時刻間圍成的面積)應(yīng)大于L(圖中t1～t3實線間圍成的面積)，由第(1)問重力加速度的表達式可知，用上述要求和方法測得的重力加速度的值應(yīng)大于當(dāng)?shù)貙嶋H的重力加速度．

圖7

能力支招：物理實驗中常有一些近似處理問題的方法，因而會導(dǎo)致實驗的誤差．教學(xué)中我們要幫助學(xué)生從系統(tǒng)誤差和偶然誤差2個層面分析和找準(zhǔn)原因．對學(xué)生不理解或難以判定的誤差，教師要注重方法引導(dǎo)，有時借助圖像分析就是一種形象而又快速的手段．當(dāng)然，學(xué)生要能想到并畫對，教學(xué)中還需有意識地去培養(yǎng)這方面的能力．

總之，圖像的命題形式是多樣多變的，應(yīng)用范圍是靈活開闊的，同時這也是學(xué)生的形象思維與抽象思維達到最佳銜接的紐帶，我們必須重視和加強這方面教學(xué)的研究，更要藉此培養(yǎng)好學(xué)生的綜合應(yīng)用能力．

2015-12-13)