例谈图像在初中物理教学中的作用

摘　要：　　　　　　　　　

关键词：

　　在新的物理课程标准中明确指出把培养学生会用科学术语、简单图表等描述实验结果作为初中物理课程目标之一。而图像可以形象、直观地描述物理过程中各物理量之间的关系及展示物理过程中所蕴含的规律，所以它成为人们研究问题、寻找规律的常用方法，它在现在物理教学中成为探究物理规律，得出物理结论的手段。下面结合几个例题谈一下对图像在物理教学中作用。
　　一、图像是解决物理问题的重要方法
　　图像是运用数学知识处理物理问题的重要方法。许多物理问题单纯从数据表面很难发蕴含在其中的规律，如果我们借助题中给出的数据，通过描点作出图像，再利用数学知识通过分析图像很容易就可以得出结论了。
例一：现有两个电阻元件，其中一个是由金属材料制成的，它的电阻随温度的升高而增大，而另一个是由某种半导体材料制成的，其电阻随温度的升高而减小。现将其中一个元件Ro进行测试，测得其电流与加在它两端的电压值，测试数据如下表所示。

U/V	0.40	0.60	0.80	1.00	1.20	1.50	1.60
I/A	0.20	0.45	0.80	1.25	1.80	2.81	3.20

(1)根据表中数据，判断元件R0可能是由上述哪类材料制成的，并简要说明理由。
(2)把元件R。接人如图所示的电路中，闭合开关后，电流表读数为1．8A。已知电路中的电源电压为3V，此时定值电阻R的电功率为多大?
(3)分析表中数据，写出元件R。的I和U之间的关系式。
（1）根据表格中数据可以得到：当R0两端的电压升高
时，通过它的电流也在增大，根据公式P=UI可以得到R0的功
率也在不断的增大，其温度在不断升高；根据公式可以
发现R0的阻值在不断减小，由此可以判断R0是由半导体材料制成的。
（2）当把元件R。接人电路时，根据表格中的数据可知，当I=1.8A时，R0两端的电压U0=1.2V
　　R两端的电压UR=U﹣U0=3V﹣1.2V=1.8V
　　R的功率P=URI=1.8V×1.8A=3.24W
(3)分析表格中的数据，我们很难发现I和U之间的关系。如果我们根据表格中提供的数据作出I-U图像，会发现I和U成二次函数关系，根据二次函数的一般形式I=aU2＋bU＋c(a≠0)当U=0时，I=0所以c=0，将表格中任意两组数据带入I=aU2＋bU可以得到I和U的关系式：I=1.25U2。

　　二、图像时呈现物理规律的有效途径
　　图像能够形象直观的表达各物理量之间的关系，能够提供丰富的物理信息。它与抽象的数字相比，更容易使人了解整个物理过程的发生与变化，更容易发现蕴含在内部的物理规律。
　例二：在探究"摩擦力的大小与什么因素有关"时，小华同学根据自己推箱子时，箱子越重，推起来越费力，提出了"影响摩擦力大小的因素可能与接触面受到的压力有关"的猜想；小辉同学根据自己推箱子时，地面越粗糙，推起来越费力，提出了"影响摩擦力大小的因素可能与接触面的粗糙程度有关"的猜想。下图是验证他们猜想的实验装置图。

　①小辉同学为了完成他自己的探究应按＿＿＿＿两图进行。
　②若小华选用正确的实验装置进行实验得到下表所记录的实验数据，请根据数据在所给坐标中作出摩擦力的大小f与接触面受到的压力大小N之间的关系图象。

　③根据图像可以得出f与N的关系是_______。
④小华和小辉同学在实验中都应使小车做___________运动。
（1）根据小辉的猜想：影响摩擦力大小的因素可能与接触面的粗糙程度有关
实验时控制的变量是压力，在压力一定的条件下，改变接触面的粗糙程度，来探究摩擦力与接触面粗糙程度的关系，所以应按装置图甲、丙进行。
（2）根据表格中的数据在坐标系中作出摩擦力的大小f与接触面受到的压力大小N之间的关系图象如右图。
（3）根据图像可以得到f与N的关系是：在接触面的粗糙程度
一定时，摩擦力f与接触面受到的压力N成正比。
（4）根据二力平衡的知识，必须使小车作匀速直线运动，小车所受的摩擦力f与弹簧测力计的拉力F才是一对平衡力，才能通过弹簧测力计直接读出摩擦力的大小。
　　三、图像是获取物理信息的重要手段
　　图像反映了整个物理过程的发展变化情况，其内部隐含着大量的物理信息。这要求我们能够读懂图像，从中获取题目信息，再利用所学的知识进行加工和处理，然后对题目进行解答。
例三：光敏电阻的阻值随光照射的强弱而
改变。"光强"表示光的强弱程度的物理量，照射
光越强，光强越大，光强符号用 E 表示，国际单位
为坎德拉（cd）。实验测得光敏电阻的阻值 R 与光
强E间的关系如图15所示，根据图象解答下列问题：
　　（1）光敏电阻随光强的增大而        ，
随光强的减小而        。
　　（2）当光强为 E1 时，光敏电阻的阻值为 R1；
当光强为 E2 时，光敏电阻的阻值为 R2，那么它们
之间的关系式为 （用 E1、E2 表示）。
　　（3）将光敏电阻 R、定值电阻 R0、电流表、开关和
电源连接成图16所示电路。闭合开关，逐渐增大光敏电阻
的光照强度，那么         。（填正确答案的序号）
　　①电流表的读数增大，光敏电阻两端的电压也增大
　　②电流表的读数增大，但光敏电阻两端的电压减小
　　③电流表的读数减小，但光敏电阻两端的电压增大
　　④电流表的读数减小，光敏电阻两端的电压也减小
　　（4）在图16电路所示电路中，电源电压为 6V，当光照强度为 4.5 cd时，电流表的读数为 0.5 A。试求定值电阻 R0 的阻值。
（1）根据图像可得：光敏电阻随光强的增大而减小，随光强的减小而增大。

　　四、利用图像处理问题的注意事项
　　1.首先必须搞清楚横轴和纵轴所代表的物理量，明确要描述的是哪两个物理量之间的关系。
　　2.其次要从物理意义上去认识图像。如匀速直线运动的S-t图像是一条斜向上的直线，但并不代表物体是斜向上运动。
　　
   总之，物理图象的特点是简明、清晰、形象直观、动态过程清楚，使物理量之间的函数关系更加明确，利用它可以避免复杂的运算过程，还可以恰当地表示用语言难以表达的内含，所以物理图象是处理物理问题的重要手段，也是培养学生能力的很好的切入点。