李結(jié)實(shí)

在高中物理學(xué)中，兩個(gè)物理量間的函數(shù)關(guān)系，不僅可以用公式表示，而且可以用圖像表示。物理圖像是數(shù)與形相結(jié)合的產(chǎn)物，是具體與抽象相結(jié)合的體現(xiàn)，它能夠直觀、形象、簡潔地展現(xiàn)兩個(gè)物理量之間的關(guān)系，清晰地表達(dá)物理過程，正確地反映物理規(guī)律。通過分析最近幾年全國綜合理科能力測(cè)試試卷的物理試題部分，我們可以發(fā)現(xiàn)，物理圖像在解決物理問題的過程中起到非常重要的作用。而且有關(guān)圖像的題目大體上呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，所以物理圖像的教學(xué)很值得我們思考、研究。

一、物理圖像在教學(xué)中的作用

1.利用物理圖像可以直觀形象地描述某一物理現(xiàn)象、物理概念、物理規(guī)律、物理過程。

物理問題可以用文字表述、數(shù)學(xué)公式或圖像描述。公式表述稱為代數(shù)法，用圖像表述稱為幾何法。公式從數(shù)學(xué)角度看比較精確，但物理意義較抽象；而圖像則更加直觀、生動(dòng)、形象。在某些情況下，用圖像表述物理問題，往往比用語言或公式更加明確、形象，有利于學(xué)生理解和記憶。例如，力的平行四邊形定則的三種表述方式中，以圖像法最為直觀明了。又如，反射定律、折射定律的圖像表示，比文字?jǐn)⑹龈鼮楹啙嵜髁?。其他圖像如力的示意圖、力的圖示、電場(chǎng)線圖、布朗運(yùn)動(dòng)圖、各種光路圖等，都可以形象地描述相對(duì)應(yīng)的物理情景。

在物理學(xué)中，一個(gè)狀態(tài)往往是由幾個(gè)狀態(tài)參量來表征的。如運(yùn)動(dòng)學(xué)中的勻速直線運(yùn)動(dòng)是由位移、速度、時(shí)間三個(gè)量描述的。一個(gè)狀態(tài)對(duì)應(yīng)著一組狀態(tài)參量，如果用狀態(tài)參量作為坐標(biāo)軸來建立坐標(biāo)系，一個(gè)物理狀態(tài)就可以由坐標(biāo)系中的一個(gè)點(diǎn)表示。如勻速直線運(yùn)動(dòng)的v-t圖上，直線上任一點(diǎn)表示該點(diǎn)的速度和時(shí)間。如果把物體所處的各個(gè)狀態(tài)連接起來，就是物體的狀態(tài)變化過程。

數(shù)學(xué)公式配合物理圖像表達(dá)物理規(guī)律，可以加深學(xué)生對(duì)規(guī)律的理解。例如，光電效應(yīng)中的愛因斯坦光電效應(yīng)方程：E■ =■mv■■=hv-W，用數(shù)學(xué)公式表達(dá)了光電子的最大初動(dòng)能與入射光頻率之間的關(guān)系。如圖形象地表達(dá)了光電子最大初動(dòng)能與入射光強(qiáng)度無關(guān)，只隨入射光頻率而增大的線性關(guān)系，直觀地看出光電效應(yīng)的產(chǎn)生有一個(gè)最低頻率（極限頻率ν）。

利用物理圖像可以描述儀表的結(jié)構(gòu)、實(shí)驗(yàn)實(shí)物圖像及實(shí)驗(yàn)原理圖等。如高考試題中游標(biāo)卡尺的讀數(shù)就要求學(xué)生既會(huì)操作又會(huì)讀圖。

2.利用物理圖像幫助學(xué)生形成物理概念，建立物理規(guī)律。

物理概念和物理規(guī)律往往是比較抽象的，在進(jìn)行物理概念和物理規(guī)律的教學(xué)時(shí)，常常采用“抽象概念形象化”的方法或建立“物理模型”的方法描述物理情景。通過利用形象化的物理圖像，可以幫助學(xué)生理解和記憶抽象的物理概念、規(guī)律。例如，在電場(chǎng)和磁場(chǎng)的概念教學(xué)時(shí)，就可以用“光芒四射”的圖像描繪正點(diǎn)電荷的電場(chǎng)線，用“眾矢之的”的圖像描繪負(fù)點(diǎn)電荷的電場(chǎng)線。

利用物理圖像建立物理規(guī)律在實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常用到。如歐姆定律的得出，就是將得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（U、I值）在坐標(biāo)系中描點(diǎn)，得到的I-U圖像是一條過原點(diǎn)的直線，從而總結(jié)出了歐姆定律。

3.利用物理圖像推導(dǎo)物理公式。

物理公式一般都用代數(shù)的方法推導(dǎo)，然而有些公式使用圖像方法推導(dǎo)則較簡明方便。例如，勻速直線運(yùn)動(dòng)的位移可以利用速度圖像來求，即位移的數(shù)值等于v-t圖來求位移，即做勻速直線運(yùn)動(dòng)的物體，在時(shí)間t內(nèi)的位移的數(shù)值等于速度圖線下方的圖形的面積，具體推導(dǎo)可參見教材。

4.物理圖像有助于培養(yǎng)學(xué)生的形象思維能力。

形象思維是在感性認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上通過意象、聯(lián)想和想象揭示客觀對(duì)象本質(zhì)及其規(guī)律的思維形式。形象思維是通過生動(dòng)的形象反映客觀世界的。物理形象思維是以思維表象為思維材料而進(jìn)行的思維。物理表象是物理形象在人腦中的間接概括的反映，而物理形象主要來源于實(shí)踐。

二、注重培養(yǎng)學(xué)生對(duì)坐標(biāo)圖像的理解、分析和應(yīng)用能力

1.正確理解坐標(biāo)軸表示的物理意義及各段曲線的變化規(guī)律。

在高中物理中，用坐標(biāo)系描述物理量間的變化規(guī)律的例子非常普遍，而且有些圖像從形狀上看十分相似，如力學(xué)中的位移圖像（s-t）和速度圖像（v-t）；簡諧運(yùn)動(dòng)圖像和機(jī)械波圖像等，如果學(xué)生沒有準(zhǔn)確把握?qǐng)D像所表達(dá)的物理意義，就很容易混淆，所以教師要注重對(duì)學(xué)生讀圖能力的培養(yǎng)。

2.引導(dǎo)學(xué)生走出習(xí)慣性的思維誤區(qū)。

在圖像的教學(xué)中，遇到的另一個(gè)問題是學(xué)生容易被平時(shí)習(xí)慣的思維限制，憑直覺和表象理解物理圖像。而有些物理圖像是強(qiáng)調(diào)矢量性和動(dòng)態(tài)的，并且要與所處的背景和實(shí)際相符，所以學(xué)生在理解圖像的物理意義時(shí)有很大障礙。

3.注重情景與圖像間的切換，有助于解讀圖像。

解讀坐標(biāo)圖像的另一條有效途徑是根據(jù)圖像模擬出相應(yīng)的物理情景，把抽象的圖像過程轉(zhuǎn)化為具體形象的物理模型，物理模型能幫助學(xué)生建立清晰的物理圖景，起到疏通思路的作用，使物理問題由難化簡、由繁化簡優(yōu)化教學(xué)過程的作用。

把抽象的圖像物化到生產(chǎn)、生活實(shí)際中，這也是目前高考中能力立意的題目要求，這種題目本著高起點(diǎn)低落點(diǎn)，重能力淡知識(shí)，要求學(xué)生能從抽象的圖像中攝取有效信息模擬出具體的模型或是情景。學(xué)生若是缺乏這種能力，就很難識(shí)記枯燥的圖像，更談不上靈活應(yīng)用，所以教師在教學(xué)中要注重培養(yǎng)情景與圖像間的切換能力。

綜上所述，圖像作為一種能直觀反映物理量之間關(guān)系的數(shù)學(xué)手段在物理學(xué)中使用十分廣泛，它能形象地表達(dá)物理規(guī)律，直觀描述物理過程，鮮明地揭示物理量之間的依賴關(guān)系，所以物理圖像成為解題化簡為繁、化抽象為具體的重要工具。加強(qiáng)物理圖像教學(xué)，就必須在加強(qiáng)理解物理圖像的物理意義，掌握物理圖像的基本應(yīng)用上下工夫，從而提高活用巧用物理圖像解決物理問題的能力。