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(diǎn)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(dá)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(shí)驗(yàn)題)加以探討和概述，以期加強(qiáng)師生對圖像問題的關(guān)注．

1 以“力”制“動(dòng)”抓極點(diǎn)快比較

【例1】(2014年高考重慶卷第5題)以不同初速度將兩個(gè)物體同時(shí)豎直向上拋出并開始計(jì)時(shí)，一個(gè)物體所受空氣阻力可忽略，另一個(gè)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(shí)線描述兩物體運(yùn)動(dòng)的v-t圖像可能正確的是

圖1

能力支招：凡涉及到運(yùn)動(dòng)圖像問題，基本思路是：通過力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系來分析加速度的變化情況，根據(jù)運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)找規(guī)律，抓住圖像斜率做比較，尤其是抓好運(yùn)動(dòng)過程中一些特定點(diǎn)的信息來快速作出判斷是優(yōu)先要考慮的一種策略．同時(shí)，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(yùn)動(dòng)．取該直線為x軸，起始點(diǎn)O為坐標(biāo)原點(diǎn)，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(diǎn)是解決帶電粒子在運(yùn)動(dòng)過程中所受電場力的變化情況．分析時(shí)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(qiáng)電場，A錯(cuò)誤；根據(jù)牛頓第二定律粒子做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)，C錯(cuò)誤，D正確；根據(jù)能量守恒ΔEk=-ΔEp，比較圖線B錯(cuò)誤．所以正確選項(xiàng)為D．

能力支招：教學(xué)推理分析時(shí)可由勻強(qiáng)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(rèn)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(diǎn)”抓運(yùn)動(dòng)求嚴(yán)謹(jǐn)

【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(diǎn)．某時(shí)刻一個(gè)電子從A點(diǎn)沿軸線向右運(yùn)動(dòng)至B點(diǎn)，此過程中電子運(yùn)動(dòng)的v-t圖像(圖5)可能是

圖4

圖5

試題評析：此題重點(diǎn)首先要準(zhǔn)確判定好電場強(qiáng)度E的大小和方向的變化情況，同時(shí)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(yuǎn)處的場強(qiáng)都為零．因此，在中心線上從無窮遠(yuǎn)處到金屬圓環(huán)中心的場強(qiáng)是先變大后變小，兩側(cè)方向相反，則電子從A到B的運(yùn)動(dòng)過程中，速度是先變大后變小．又由于A點(diǎn)的位置與場強(qiáng)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(yùn)動(dòng)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(qiáng)度E的分布特征，結(jié)合力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，重點(diǎn)把握好加速度的變化特點(diǎn)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(shí)際反映了動(dòng)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(dòng)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(qiáng)度也最大．應(yīng)當(dāng)說，粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)圖像都可以找到相應(yīng)客觀存在的實(shí)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(gè)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(shí)驗(yàn)中光電門測出“工”形擋光片下叉通過它的擋光時(shí)間為Δt1，上叉通過它的擋光時(shí)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(shí)的瞬時(shí)速度．請回答：

圖6

(1)測量重力加速度的表達(dá)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(shí)的瞬時(shí)速度，即

由勻變速運(yùn)動(dòng)公式

可得

(2)由于“工”形擋光片豎直向下加速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)其通過光電門時(shí)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(shí)叉的速度越大，則中間時(shí)刻的位置將更接近中點(diǎn)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(shí)線間圍成的面積即為d，兩叉中間時(shí)刻位置之間的距離(圖中兩虛線時(shí)刻間圍成的面積)應(yīng)大于L(圖中t1～t3實(shí)線間圍成的面積)，由第(1)問重力加速度的表達(dá)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?shí)際的重力加速度．

圖7

能力支招：物理實(shí)驗(yàn)中常有一些近似處理問題的方法，因而會導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)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(gè)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(shí)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(shí)這也是學(xué)生的形象思維與抽象思維達(dá)到最佳銜接的紐帶，我們必須重視和加強(qiáng)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)