物理科學具有鮮明的動態特點,而圖像問題能夠對物理的動態性進行更直觀更明了的闡述,使物理教學不再只是枯燥的理論傳授,可以激發學生的學習積極性,並且採取圖像教學能夠使學生的智力以及潛能得到充分的調動開發. 因此,在高中物理教學中需要採取圖像問題教學方法,促使教學質量得到提升.
1 高中物理教學圖像問題的相關概念
物理圖像是指一種應用於物理教學中,用圖像將物理現象及其規律描繪出來,從而使物理問題的相關原理得到展示的教學手段. 物理圖像包含受力分析圖、物質運動過程圖、函數圖象、模型圖以及矢量合成與分解圖等等許多種類. 這些圖像主要的共同特點是可以將物理問題生動化、簡單化以及形象化等,有利於學生更加直接地了解物理問題想要表達的內容,並且使問題的解決過程簡單化.
2 在高中物理教學中架構圖像的必要性
對於高中物理教學而言,圖像法不僅是解題方法的一種,而且還是一種思維方式. 在教學中架構圖像,重點在於"數形結合",這樣能夠提升學生的學習效果. 而其必要性主要表現在以下幾個方面:
2. 1 有利於學生更好吸收課堂內容
在平時的教學過程中對物理概念或者規律等進行圖像化處理,能夠潛移默化地影響學生並使其樹立圖像意識. 而教師在架構圖像時要注重將其與教學內容相連,並且要結合從易到難與逐步進行的觀念,使其與學生的認知能力相符,從而幫助學生應用圖像架構法更好地解決物理問題並對物理規律予以總結.
2. 2 能夠利用圖像特點開展形象化教學
圖像法具有簡潔、清晰、形象等特點,能夠使函數關係更加明確,使物理問題的信息量展現得更加全面. 這樣一來有利於教師開展形象化教學,從而幫助學生熟練掌握圖像中所蘊含的物理知識點,例如截距、斜率等,同時還能夠使學生擁有更加立體、清晰與靈活的思路. 應用圖像架構來解決運動、變力做功方面的問題具有很好的效果.
2. 3 有利於激發學生學習興趣
在高中物理教學中對圖像予以架構能夠極大程度地提升學生的學習興趣,不僅能夠培養學生的發散思維,還可以促使學生提升主動性,主動去挖掘、探索物理知識. 對於教師而言,架構圖像時也要注重技巧,即將物理知識與簡單線條充分結合,使物理知識能夠清晰明了地體現出來.
2. 4 使教學活動帶有啟發性
在物理課堂中教師要用圖像架構時要避免將與圖像有關的知識全部灌輸給學生,這種方法會導致學生對於學習產生厭煩感,磨滅積極性,同時學生也難以消化,帶來學習上的壓力.
因此,教師可以針對圖像拋出一個問題,讓學生自己去延伸拓展,在發掘探索的過程中學習知識,教師則予以適當引導,這樣能夠使教學活動帶有啟發性.
3 高中物理教學圖像問題的構架與解決
在高中物理的教學過程中,通常會遇到許多單純利用相關原理以及物理公式等手段無法有效解決的問題,這時就需要採取圖像問題教學方法. 為了更明晰地描述圖像問題的構架和解決過程,筆者在此舉出一些應用實例來進行分析.
3. 1 高中物理中的運動學問題
(1) 例題:假設某物體在某個高度以靜止狀態開始,沿光滑路徑 AB 下滑到 B 點或 D 點,再由光滑路徑 ACD 下滑到 B 點或者 D 點,假設 B、D 兩點高度相同,並且 AB、ACD 兩條路徑的路程也相等,以此條件對兩種路徑下物體到達底端的用時關係進行對比.
(2) 圖象問題構架與解決分析:例題中只包括重力做功,因此我們可通過機械能守恆定律得知,物體從例題中的兩種路徑滑至底部的速度應當是相同的. 所以,我們可以採取根據問題構架時間 --- 速度的圖象的手段來使問題得到快速解析.
首先根據題目內容繪出對應的圖象,在圖象中,將物體沿 AB 做出的勻變速直線運動用直線表現出來,將物體沿ACD做的加速運動用曲線來表現,並且要將運動中逐漸減小加速的狀態表現出來.
另外,在作圖過程中要注意,圖像需要滿足題目中的相關要求. 本題中主要包括: 該物體的最終速度是同等的;AB 和ACD 同時間軸圍出的範圍面積也是相同的,我們可以通過實踐--- 速度的圖像特性得知,面積就是指位移的大小,因此兩者位移是相等的.
3. 2 高中物理中的變力做功問題
(1) 例題: 如果某個帶電粒子在如圖 1 所示的勻強電場中做無初速的釋放,其中 t = 0,並且不計算重力,那麼下列哪些答案是真的?
A. 粒子在勻強電場中的位移漸漸變大,但始終是處於無初速釋放運動狀態,並且一直沿著同個方向.
B. 粒子在勻強電場中反覆進行來回運動,並且其運動的速度方向每間隔 T/2 時間就會改變一次.
C. 粒子的速度與加速度的大小會隨著時間的變化而進行周期性改變;但其速度的方向以及加速度的方向始終不發生變化,不會根據時間變化而更改.
D. 粒子在勻強電場中,其加速的方向會每間隔 T /2 時間而改變一次,並且速度大小也會不停變動,而其速度的方向會始終保持不變.
(2) 圖象問題構架與解決分析:經過對題目進行分析可以得知,帶電粒子在勻強電場力的作用下展開運動. 還可以通過相關公式得出帶電粒子的電場運動軌跡,公式主要包括 F =Eq、牛頓第二定律 F = ma 以及運動學公式 v = v0+ at 等等. 然後繪製相應的速度 --- 時間圖象,並分析粒子在電場的運動軌跡可以得知,帶電粒子的速度大小隨著時間變化而不停變動,而其速度方向則始終不變,一直沿著正方向運動;帶電粒子的加速度大小不會隨著時間變化而變化,一直保持不變,而其方向每隔T/2 時間段就改變一次. 速度---時間物理圖象具有能夠明顯觀察出帶電粒子不斷增大位移的特點,因為圖中路線和時間軸所圍出的面積也就是帶電粒子運動的位移. 所以再通過與四個選項的比較,就能夠順利得出答案,即 A、D 是正確的觀點.
3. 3 高中物理中力學的復合問題
(1) 例題:假設有一架遙控飛機,飛機的動力系統能夠提供的固定升力為 F = 28 N,飛機質量則為 m = 2 kg. 飛機在地面上進行試飛時,從靜止狀態開始垂直上升,假設上升過程中受到的阻力為固定數值,g = 10 m/s.
① 飛機進行首次試飛過程中,t1= 8 s 時抵達高度 H =64 m,求飛機受到的阻力 f 數值; ② 飛機再次試飛,其遙控裝置在飛機飛到 t2= 6 s 時發生狀況,導致飛機瞬間沒有了升力,求飛機在此情況下所能到達的高度 h 最大值; ③為保證飛機不墜至地面,求飛行器從下墜初始至升力恢復的時間 t 最大值.
(2) 圖象問題構架與解決分析:①按照題目要求如下圖繪出v - t圖象. 將飛機上升的位移數值用陰影和三角形表現出來,可得知位移大小為 64 m,然後可得出加速度 a1= 2 m / s²,最終得出阻力 f 為 4 N.
②根據題意可知,飛機失去動力前勻加速上升的加速度大小為a1= 2 m / s²,失去動力之後勻減速上升的加速度大小則為a2= 12 m / s²,故可根據要求作出 v - t 圖象如圖3. 在圖中將飛行器能達到的最大高度 h 用陰影和三角形表現出來,從而可得出高度 h = 42 m.
③ 根據題意可知,飛機下落時先是勻加速下落,且其加速度大小為 a3= 8 m / s²;之後飛機為勻減速下落,其加速度大小為a4= 6 m / s²,遂由此作出滿足題目要求的 v - t 圖象如圖 4,將飛機下降的圖象用三角形和陰影表現出來. 根據題目內容可知圖中兩個三角形的面積是相等的,並根據圖中內容做出簡化圖象如圖 5,再利用三角形面積的相關含義進行分析,從而得出
綜上所述,在解決物理問題的過程中,如果採取圖象手段,就能夠通過圖象的直觀性和明確性等使問題得到更快速更有效的解決. 因此,高中物理教師應當注意在教學過程中培養學生在架構以及解決圖象問題方面的能力,具體包括認識圖象、建立圖象問題的架構以及根據圖象解決物理問題等等,從而提高學生的學習能力和理解能力,使得教學質量也隨之得到提升.
1 高中物理教學圖像問題的相關概念
物理圖像是指一種應用於物理教學中,用圖像將物理現象及其規律描繪出來,從而使物理問題的相關原理得到展示的教學手段. 物理圖像包含受力分析圖、物質運動過程圖、函數圖象、模型圖以及矢量合成與分解圖等等許多種類. 這些圖像主要的共同特點是可以將物理問題生動化、簡單化以及形象化等,有利於學生更加直接地了解物理問題想要表達的內容,並且使問題的解決過程簡單化.
2 在高中物理教學中架構圖像的必要性
對於高中物理教學而言,圖像法不僅是解題方法的一種,而且還是一種思維方式. 在教學中架構圖像,重點在於"數形結合",這樣能夠提升學生的學習效果. 而其必要性主要表現在以下幾個方面:
2. 1 有利於學生更好吸收課堂內容
在平時的教學過程中對物理概念或者規律等進行圖像化處理,能夠潛移默化地影響學生並使其樹立圖像意識. 而教師在架構圖像時要注重將其與教學內容相連,並且要結合從易到難與逐步進行的觀念,使其與學生的認知能力相符,從而幫助學生應用圖像架構法更好地解決物理問題並對物理規律予以總結.
2. 2 能夠利用圖像特點開展形象化教學
圖像法具有簡潔、清晰、形象等特點,能夠使函數關係更加明確,使物理問題的信息量展現得更加全面. 這樣一來有利於教師開展形象化教學,從而幫助學生熟練掌握圖像中所蘊含的物理知識點,例如截距、斜率等,同時還能夠使學生擁有更加立體、清晰與靈活的思路. 應用圖像架構來解決運動、變力做功方面的問題具有很好的效果.
2. 3 有利於激發學生學習興趣
在高中物理教學中對圖像予以架構能夠極大程度地提升學生的學習興趣,不僅能夠培養學生的發散思維,還可以促使學生提升主動性,主動去挖掘、探索物理知識. 對於教師而言,架構圖像時也要注重技巧,即將物理知識與簡單線條充分結合,使物理知識能夠清晰明了地體現出來.
2. 4 使教學活動帶有啟發性
在物理課堂中教師要用圖像架構時要避免將與圖像有關的知識全部灌輸給學生,這種方法會導致學生對於學習產生厭煩感,磨滅積極性,同時學生也難以消化,帶來學習上的壓力.
因此,教師可以針對圖像拋出一個問題,讓學生自己去延伸拓展,在發掘探索的過程中學習知識,教師則予以適當引導,這樣能夠使教學活動帶有啟發性.
3 高中物理教學圖像問題的構架與解決
在高中物理的教學過程中,通常會遇到許多單純利用相關原理以及物理公式等手段無法有效解決的問題,這時就需要採取圖像問題教學方法. 為了更明晰地描述圖像問題的構架和解決過程,筆者在此舉出一些應用實例來進行分析.
3. 1 高中物理中的運動學問題
(1) 例題:假設某物體在某個高度以靜止狀態開始,沿光滑路徑 AB 下滑到 B 點或 D 點,再由光滑路徑 ACD 下滑到 B 點或者 D 點,假設 B、D 兩點高度相同,並且 AB、ACD 兩條路徑的路程也相等,以此條件對兩種路徑下物體到達底端的用時關係進行對比.
(2) 圖象問題構架與解決分析:例題中只包括重力做功,因此我們可通過機械能守恆定律得知,物體從例題中的兩種路徑滑至底部的速度應當是相同的. 所以,我們可以採取根據問題構架時間 --- 速度的圖象的手段來使問題得到快速解析.
首先根據題目內容繪出對應的圖象,在圖象中,將物體沿 AB 做出的勻變速直線運動用直線表現出來,將物體沿ACD做的加速運動用曲線來表現,並且要將運動中逐漸減小加速的狀態表現出來.
另外,在作圖過程中要注意,圖像需要滿足題目中的相關要求. 本題中主要包括: 該物體的最終速度是同等的;AB 和ACD 同時間軸圍出的範圍面積也是相同的,我們可以通過實踐--- 速度的圖像特性得知,面積就是指位移的大小,因此兩者位移是相等的.
3. 2 高中物理中的變力做功問題
(1) 例題: 如果某個帶電粒子在如圖 1 所示的勻強電場中做無初速的釋放,其中 t = 0,並且不計算重力,那麼下列哪些答案是真的?
A. 粒子在勻強電場中的位移漸漸變大,但始終是處於無初速釋放運動狀態,並且一直沿著同個方向.
B. 粒子在勻強電場中反覆進行來回運動,並且其運動的速度方向每間隔 T/2 時間就會改變一次.
C. 粒子的速度與加速度的大小會隨著時間的變化而進行周期性改變;但其速度的方向以及加速度的方向始終不發生變化,不會根據時間變化而更改.
D. 粒子在勻強電場中,其加速的方向會每間隔 T /2 時間而改變一次,並且速度大小也會不停變動,而其速度的方向會始終保持不變.
(2) 圖象問題構架與解決分析:經過對題目進行分析可以得知,帶電粒子在勻強電場力的作用下展開運動. 還可以通過相關公式得出帶電粒子的電場運動軌跡,公式主要包括 F =Eq、牛頓第二定律 F = ma 以及運動學公式 v = v0+ at 等等. 然後繪製相應的速度 --- 時間圖象,並分析粒子在電場的運動軌跡可以得知,帶電粒子的速度大小隨著時間變化而不停變動,而其速度方向則始終不變,一直沿著正方向運動;帶電粒子的加速度大小不會隨著時間變化而變化,一直保持不變,而其方向每隔T/2 時間段就改變一次. 速度---時間物理圖象具有能夠明顯觀察出帶電粒子不斷增大位移的特點,因為圖中路線和時間軸所圍出的面積也就是帶電粒子運動的位移. 所以再通過與四個選項的比較,就能夠順利得出答案,即 A、D 是正確的觀點.
3. 3 高中物理中力學的復合問題
(1) 例題:假設有一架遙控飛機,飛機的動力系統能夠提供的固定升力為 F = 28 N,飛機質量則為 m = 2 kg. 飛機在地面上進行試飛時,從靜止狀態開始垂直上升,假設上升過程中受到的阻力為固定數值,g = 10 m/s.
① 飛機進行首次試飛過程中,t1= 8 s 時抵達高度 H =64 m,求飛機受到的阻力 f 數值; ② 飛機再次試飛,其遙控裝置在飛機飛到 t2= 6 s 時發生狀況,導致飛機瞬間沒有了升力,求飛機在此情況下所能到達的高度 h 最大值; ③為保證飛機不墜至地面,求飛行器從下墜初始至升力恢復的時間 t 最大值.
(2) 圖象問題構架與解決分析:①按照題目要求如下圖繪出v - t圖象. 將飛機上升的位移數值用陰影和三角形表現出來,可得知位移大小為 64 m,然後可得出加速度 a1= 2 m / s²,最終得出阻力 f 為 4 N.
②根據題意可知,飛機失去動力前勻加速上升的加速度大小為a1= 2 m / s²,失去動力之後勻減速上升的加速度大小則為a2= 12 m / s²,故可根據要求作出 v - t 圖象如圖3. 在圖中將飛行器能達到的最大高度 h 用陰影和三角形表現出來,從而可得出高度 h = 42 m.
③ 根據題意可知,飛機下落時先是勻加速下落,且其加速度大小為 a3= 8 m / s²;之後飛機為勻減速下落,其加速度大小為a4= 6 m / s²,遂由此作出滿足題目要求的 v - t 圖象如圖 4,將飛機下降的圖象用三角形和陰影表現出來. 根據題目內容可知圖中兩個三角形的面積是相等的,並根據圖中內容做出簡化圖象如圖 5,再利用三角形面積的相關含義進行分析,從而得出
綜上所述,在解決物理問題的過程中,如果採取圖象手段,就能夠通過圖象的直觀性和明確性等使問題得到更快速更有效的解決. 因此,高中物理教師應當注意在教學過程中培養學生在架構以及解決圖象問題方面的能力,具體包括認識圖象、建立圖象問題的架構以及根據圖象解決物理問題等等,從而提高學生的學習能力和理解能力,使得教學質量也隨之得到提升.
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