例析初中物理圖像題的解題策略

摘 要：物理圖像主要用于對兩個量或多個量之間的相互關(guān)系進行表示，呈現(xiàn)物理過程或規(guī)律，多次出現(xiàn)在中考試題當中.因物理圖像具有一定的抽象性、邏輯性，增加了初中生理解的難度，為幫助初中生更好地突破這一學習難點，文章通過例題，從點段分析、再現(xiàn)情境、數(shù)理結(jié)合、圖像串燒、趨勢分析、預(yù)測結(jié)果等方面入手，提出破解圖像問題的具體方法，以供初中物理教師及學生借鑒和參考.

關(guān)鍵詞：初中物理；圖像；解題

中圖分類號：G632 文獻標識碼：A 文章編號：1008-0333（2023）29-0080-03

收稿日期：2023-07-15

作者簡介：楊鏈（1988.4-），男，新疆人，碩士，中學一級教師，從事物理教學研究.

基金項目：本文系烏魯木齊市教育科研規(guī)劃，課題名稱“深度學習對改變初中生學習物理困難的研究”（課題編號：SJKYX2021ZWu020）

物理作為一門重要學科，其研究內(nèi)容主要以“兩個量、多個量相互關(guān)系”為主，而圖表法、圖像法等手段的運用，可以實現(xiàn)對這些關(guān)系的有效表示^[1].為幫助初中生更好地理解和應(yīng)用物理圖像，提高物理圖像問題的解題效率，突破物理圖像的學習難點，文章將通過典型例題分析圖像問題的解題策略.

1 點段分析，再現(xiàn)情境

點段分析主要是指逐個分析圖像關(guān)鍵點、關(guān)鍵段，從而獲得有用的物理信息.再現(xiàn)情境主要是指學生通過運用擬人的方式，對物理實驗中的物體進行有效模擬，然后，采用串聯(lián)物理信息的方式，達到再現(xiàn)實驗情境的目的，為后期解決物理問題提供重要的依據(jù)和參考^[2].

例1 小紅同學加熱冰塊，將冰塊融化為水，水加熱后沸騰過程繪制成如圖1所示的溫度隨時間變化的圖像.下列說法正確的是（ ）

A.水沸騰后，水溫度一直維持100 ℃，這表明處于沸騰狀態(tài)的水不會出現(xiàn)吸熱現(xiàn)象

B.冰在整個融化過程，溫度始終保持不變

C.與水相比，冰的升溫比較快，這表明冰的比熱容相對較小

D.圖中DE段主要代表冰的熔化過程

在求解這道物理圖像題時，教師可以引導學生分析四個關(guān)鍵段所傳遞的重要信息.學生經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)：AB段，隨著加熱時間不斷推移，在冰塊吸熱狀態(tài)下，溫度始終保持不變，冰塊開始出現(xiàn)熔化現(xiàn)象，此時，固液態(tài)共存，整個熔化過程所花費時間為6 min，熔點為0 ℃，最終呈現(xiàn)為液態(tài)；CD段，隨著加熱時間不斷推移，水會吸走大量的熱量，此時溫度呈現(xiàn)出不斷增加的趨勢；DE段，隨著加熱時間不斷推移，水會吸走大量的熱量，并進入沸騰狀態(tài)，溫度始終保持不變，并呈現(xiàn)出液態(tài)，整個沸騰過程花費6 min，沸點達到100 ℃.學生通過分析關(guān)鍵點、關(guān)鍵段，采用擬人化方式，串聯(lián)整個試驗過程，然后，采用排除法，得到最終正確答案為C.

最后，引導學生思考C答案正確原因，學生經(jīng)過思考后，做出以下解釋：加熱冰升高40 ℃，用了2 min，這表明，每分鐘可以升高20 ℃；水從0 ℃變成沸騰狀態(tài)用了6 min，這表明每分鐘升高16 ℃，所以，冰與水相比，冰的升溫速度相對較快，因此，冰的比熱容相對較小.

2 數(shù)理結(jié)合，圖像串燒

初中生已經(jīng)重點學習和掌握函數(shù)正比例、反比例、二次函數(shù)等數(shù)學知識，因此，物理教師要引導學生利用初中數(shù)學知識解答物理圖像題，培養(yǎng)學生熟練運用數(shù)學知識解決物理問題的能力^[3].

例2 將甲、乙兩種不同物質(zhì)的質(zhì)量（m）與體積（V）關(guān)系圖像表示為如圖2所示，下列說法正確的是（）.

A.當兩種物質(zhì)的體積相同時，甲物質(zhì)的質(zhì)量相對較大

B.當兩種物質(zhì)的質(zhì)量相同時，乙物質(zhì)的體積相對較大

C.與乙物質(zhì)相比，甲物質(zhì)的密度相對較大

D.乙物質(zhì)的密度為1.25×10³kg/m³

在求解這道物理圖像題時，教師引導學生回憶同一物質(zhì)質(zhì)量與體積之間的關(guān)系，然后，提出問題：哪個學生可以站起來解釋這四個選項的對錯？在教師的鼓勵下，學生回答：首先，采用垂線法，向橫軸引出一條垂線，通過圖像截取并確保兩種物質(zhì)的體積相同；然后，對比甲乙質(zhì)量值，經(jīng)過對比，發(fā)現(xiàn)甲物質(zhì)的質(zhì)量小，說明選項A錯誤.同理，使用相同方法，向縱軸引出一條垂線，通過圖像截取并確保甲乙兩種物質(zhì)的質(zhì)量相同，對比甲乙兩種物質(zhì)的體積值，經(jīng)過對比，發(fā)現(xiàn)乙物質(zhì)體積小，所以選項B錯誤.接著，在前兩項分析的基礎(chǔ)上，運用密度計算公式，可以得出甲物質(zhì)的密度較小，所以，選項C錯誤.最后，在乙圖像上，選取某一交叉點，該交叉點的縱坐標與橫坐標的比值就是乙物質(zhì)的密度值，并對最終結(jié)果進行單位換算，得出D選項正確.本題當中，甲乙兩物質(zhì)的質(zhì)量與體積的圖像實際就是數(shù)學當中的正比例函數(shù)圖像，數(shù)學當中的斜率即與物質(zhì)的密度相對應(yīng)，所以通過比較圖像的斜率也可快速得出兩種物質(zhì)密度的大小關(guān)系.

3 趨勢分析，預(yù)測結(jié)果

目前，物理圖像題除了涉及到定量計算題外，還涉及到定性表述題，定性表述題需要學生學會分析圖像趨勢^[4].但是，大部分學生在求解這種類型物理圖像題時，往往比較困難，這是由于部分選型表述類似，并無明顯區(qū)別，一不小心就會落入命題者的陷阱之中.

例3 一小石塊從某一位置自由下落，如果忽視空氣阻力，小石塊整個落地過程所對應(yīng)的勢能（E_p）隨著時間（t）變化圖像可能是圖3中的哪一個圖像.

教師引導學生回憶重力勢能的影響因素，考慮到小石頭自由下落，如果忽視空氣阻力，會產(chǎn)生怎樣的運動形式.學生經(jīng)過分析，發(fā)現(xiàn)在相同時間內(nèi)，小石頭下落的高度呈現(xiàn)出逐漸增加的趨勢，所以重力勢能隨著時間的推移不斷減小，而且減小的越來越快，選項C正確.這道題分析的關(guān)鍵是要清楚小石頭下落時，速度越來越大，相同時間內(nèi)下落的高度越來越大，進而得出重力勢能隨著時間的變化趨勢.

4 尋找關(guān)聯(lián)量，破解選拔性試題

為培養(yǎng)學生的獨立自主學習能力，教師要引導學生學會構(gòu)建相應(yīng)的知識體系.而這一目標是實現(xiàn)，需要教師引導和鼓勵學生通過自身的認知，發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用新知識.對于這類復雜的圖像問題，需要通過尋找圖像中的關(guān)聯(lián)量，進而破解選拔性試題.

例4 在電磁鐵外軸線中，為研究影響其磁感應(yīng)強度值的因素，某同學設(shè)計如圖4所示的電路圖.

圖甲所用到的電源電壓值為 6 V，磁感應(yīng)電阻用R表示，磁感應(yīng)電阻在不同磁感應(yīng)強度下阻值的變化曲線如圖5所示 .此時，斷開圖乙的S₂開關(guān)，閉合圖甲的S₁開關(guān)，電流表讀數(shù)為多少mA.

教師引導學生審題，找到“磁感應(yīng)強度”這一新物理量，盡管學生對該新物理量比較陌生，但是，通過分析圖像，不難發(fā)現(xiàn)磁感應(yīng)強度這一新物理量會影響磁感應(yīng)電阻的阻值，它們存在關(guān)聯(lián).學生在求解該題目時，說出以下求解思路：首先，要想求出電流表的讀數(shù)，應(yīng)計算出電壓、電阻值，已知電壓為6 V，此時，需要求解出電阻值，經(jīng)過審題后，發(fā)現(xiàn)S₂開關(guān)是斷開的，接著通過觀察圖4，不難發(fā)現(xiàn)電磁鐵不存在磁性，這說明磁感應(yīng)強度為0，通過讀圖發(fā)現(xiàn)，磁感應(yīng)電阻阻值為100 Ω，所以，最終答案為60 mA.

綜上所述，為提高初中物理圖像問題的教學水平，教師要在全面分析圖線的基礎(chǔ)上，引導初中生學會分析和觀察圖線特點，并從圖像題中提取關(guān)鍵信息，培養(yǎng)抽象思維能力，提高靈活運用數(shù)學知識解決物理問題能力，同時提高物理圖像問題的解題效率.

參考文獻：

[1] 劉琬.關(guān)于初中物理圖像題教學的思考[J].數(shù)理化解題研究，2022（23）：98-100.

[2] 史景楠.“雛形教學”理念下初中物理運動圖像的問題分析[J].中外交流，2019（52）：354-360.

[3] 楊小春，朱超穎.初中物理圖像類問題的教學難點與策略分析[J].教學與管理（中學版），2021（6）：71-73.

[4] 馮順蘭.圖像法在初中物理教學中的運用：以透鏡成像為例[J].科教導刊-電子版（中旬），2021（6）：122-123.

[責任編輯：李 璟]