【圖像法在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用淺析6800字（論文）】

圖像法在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用淺析物理圖像不僅是描述物理過程和規(guī)律的有力工具，也是解決物理問題的手段。所謂物理象，是指在直角坐標系中繪制的兩軸所代表的相關(guān)物理量之間的關(guān)系。物理圖像與數(shù)學(xué)圖像的根本區(qū)別在于它具有明確的物理意義，反映了具體的物理內(nèi)容，描述了清晰的物理過程。用圖像表達物理規(guī)律是高中生普遍存在的問題。正確合理地運用圖像，有助于我們分析問題，加深對規(guī)律的認識，縮短解決問題的時間，提高解決問題的效率。形象問題有著如此重要的意義，讓中學(xué)教師不斷總結(jié)。綜上所述，基本上是“軸、點、線、面、坡、面”。很容易記住。縱觀歷年高考物理試題發(fā)現(xiàn)，試題中設(shè)計圖像類的題目特別多，不管是選擇題、實驗題還是計算題都會出現(xiàn)與圖像相關(guān)的知識。所以關(guān)于圖像類問題的處理方法便成了高中物理教學(xué)中一個非常重要的授課環(huán)節(jié)，而圖像類題目所設(shè)計的問題大致可以歸納為兩大類：1、由物理規(guī)律分析物體各物理量之間的關(guān)系（選擇類題目比較多）；2、給的有限定的圖像去分析質(zhì)點的運動規(guī)律或者是通過圖像計算一些物理量（選擇題、實驗題和計算題都會涉及）。這就要求一線教師在進行相關(guān)教學(xué)的過程中特別注意這方面的知識講授，那么教法的指導(dǎo)便顯得尤為重要了。下面我們就歷年高考試題中出現(xiàn)的圖像類題目進行深入剖析與方法總結(jié)：直線運動x-t圖像1（2018年全國Ⅲ卷）甲乙兩車在同一平直公路上同向運動，甲做勻加速直線運動，乙做勻速直線運動。甲乙兩車的位置x隨時間t的變化如圖所示。下列說法正確的是A.在t1時刻兩車速度相等B.從0到t1時間內(nèi)，兩車走過的路程相等C.從t1到t2時間內(nèi)，兩車走過的路程相等D.從t1到t2時間內(nèi)的某時刻，兩車速度相等【答案】CD【分析】本題考察對位移圖像及其相關(guān)知識點的理解。根據(jù)位移圖像的物理意義，在t1，兩輛車的位置相同，但速度不相等。B車車速高于a車，選項a錯誤；從0到t1，B車的距離大于a車的距離，選項B錯誤；從t1到t2，兩輛車從t1走到t2，兩輛車行駛的距離相同。選項C正確；根據(jù)位移圖像的斜率等于車速，在t1到t2的某個時間，兩輛車的車速相等，選項D是正確的。【課題組點評】學(xué)生在做此題是會出現(xiàn)把質(zhì)點圖像規(guī)律與質(zhì)點運動軌跡混淆，錯把質(zhì)點甲從t1到t2時間內(nèi)的位移大小弄錯。所以在講授此類圖像時應(yīng)著重強調(diào)x-t圖像只是描述的是質(zhì)點的位置隨時間變化的規(guī)律，而不是質(zhì)點的運動軌跡，還要強調(diào)此圖像只能描述直線運動。v-t圖像【答案】BD【解析】在v-t圖像中圖像包圍的面積代表了運動走過的位移，圖像的斜率代表加速度，解本題要利用這個知識點求解。AB，v-t圖像中圖像包圍，乙的加速度也是先減小后增大，故C錯，D正確；故選BD【課題組點評】關(guān)于v-t圖像需要同學(xué)們把數(shù)學(xué)函數(shù)與物理規(guī)律相結(jié)合，充分利用圖像的斜率、截距、面積，具有實際的物理意義，具體這些到底代表哪個物理量需要同學(xué)們把相應(yīng)斜率、截距、面積表示出來，看符合我們物理中學(xué)習(xí)的哪個物理公式，也或者看單位。一定要學(xué)會用數(shù)學(xué)函數(shù)知識解決物理圖像問題。a－t圖象3、一輛摩托車在t＝0時刻從靜止開始在公路上行駛，其運動過程中的的a－t圖象如圖所示，根據(jù)已知信息，可知()A．摩托車的最大動能B．摩托車在30s末的速度大小C．在0～30s的時間內(nèi)牽引力對摩托車做的功D．10s末摩托車開始反向運動【解析】選B.由圖所示，摩托車在前十秒內(nèi)做勻加速運動，在十秒到三十秒內(nèi)做減速運動，故十秒末速度最大，其動能最大，由v＝at可求出最大速度，但摩托車的質(zhì)量未知，故不能求出最大動能，A錯誤；根據(jù)a－t圖線與t軸所圍的面積表示速度變化量，可求出30s內(nèi)速度的變化量，由于初速度為0，則可求出摩托車在30s末的速度大小，B正確；在10～30s內(nèi)牽引力是變力，由于不能求出牽引力，故不能求出牽引力對摩托車做的功，C錯誤；由圖線與時間軸圍成的面積表示速度變化量可知，30s內(nèi)速度變化量為零，所以摩托車一直沿同一方向運動，D錯誤．【課題組點評】要靈活運用已知類圖像規(guī)律知識去解決非常規(guī)類圖像問題，尤其是微元法思想對圖像與坐標軸圍成的面積的物理意義。非常規(guī)運動圖象v-x圖像【課題組點評】借助于數(shù)學(xué)二次函數(shù)進行有效變形和類比，可以很快且準備找到正確答案?！菊n題組點評】關(guān)于直線運動類圖像問題，如果不是常見的幾類圖像就利用我們所學(xué)的勻變速直線運動規(guī)律進行變形，變成數(shù)學(xué)上的關(guān)于y與x的表達形式，觀察變形后的表達式符合數(shù)學(xué)上的哪一類函數(shù)圖像形式?；蛘呤欠催^來已知一個給定的非常規(guī)圖像求相關(guān)物理量也需要把我們已知的物理規(guī)律表達式進行變形對比即可求出答案?！菊n題組點評】有圖像求相對應(yīng)的物理量必須寫出相關(guān)的函數(shù)表達式，充分利用圖像的斜率和截距，以此求出所要物理量的數(shù)值。牛頓運動定律F-x圖像1、（2018年全國Ⅰ卷）如圖，輕彈簧的下端固定在水平桌面上，上端放有物塊P，系統(tǒng)處于靜止狀態(tài)，現(xiàn)用一豎直向上的力F作用在P上，使其向上做勻加速直線運動，以x表示P離開靜止位置的位移，在彈簧恢復(fù)原長前，下列表示F和x之間關(guān)系的圖像可能正確的是（）A.B.C.D.【答案】A【分析】本題主要研究的是牛頓運動定律、勻變速直線運動的相關(guān)知識、相關(guān)圖線知識點。由牛頓第二定律可知，F(xiàn)-mg+F彈=ma，F(xiàn)彈=k(x0-x),kx0=mg，聯(lián)立解得F=ma+kx，比較題中的四個圖象，可能正確的是A?！菊n題組點評】本題考查同學(xué)們對牛頓第二定律的應(yīng)用以及彈簧彈力與位移之間的關(guān)系。F-a圖像【課題組點評】關(guān)于牛頓運動定律相關(guān)的圖像類問題主要考查的知識點是牛頓第二定律F合=ma這個公式，然而在進行分析的過程當(dāng)中還需要對質(zhì)點進行必要的受力分析，審題過程當(dāng)中還需要分析物體在運動過程什么狀態(tài)應(yīng)該什么樣的條件方程，再應(yīng)用數(shù)學(xué)知識解題。a-x圖像【答案】AC【課題組點評】本題難度系數(shù)稍有增加，除了考查同學(xué)們對牛頓運動定律的理解之外還考查了解決天體的基本思路，但只要思路清晰，把相應(yīng)的表達式寫出來做對這道題還是很容易的！其他變形圖像【答案】(3)0.39(0.37～0.49均可)(4)a-n圖線如圖所示(5)0.45(0.43～0.47均可)(6)BC【課題組點評】實驗題本身對同學(xué)們來說得分率較低，如果設(shè)計圖像類的會更低，其實看上面這道題本身不是特別難，只是需要把牛頓第二定律應(yīng)用到這個系統(tǒng)中去，整理出a與n的數(shù)學(xué)關(guān)系式，題目就會迎刃而解?！敬鸢浮緼B[分析]結(jié)合兩幅圖像，可以判斷0~2s塊與板之間沒有相對滑動，兩者之間的摩擦為靜摩擦。在這個過程中，力F等于F，所以F是這個過程中的一個變力，即C誤差；根據(jù)牛頓第二運動定律，對于2~4s和4~5s的運動方程，2~4s內(nèi)質(zhì)量m為1kg，力F為0.4n，故a和B是正確的；由于塊體質(zhì)量未知，無法計算塊體之間的動摩擦系數(shù)μ，所以D是錯的。【課題組點評】關(guān)于圖像比較多的情況下同學(xué)們一定要分段看，尤其是有v-t圖像類的，勻速段的運動是解題的突破口，結(jié)合兩個圖像中所對應(yīng)的物理量列出相關(guān)方程進行求解。三、功、動能和動量類圖像E-x圖像【答案】AB【課題組點評】本題同學(xué)們只要分清兩個圖線縱坐標各自代表的含義，弄清楚哪些力做功會影響動能和重力勢能，此題比較簡單。A. B.C. D.A．物體的質(zhì)量為2kgB．h=0時，物體的速率為20m/sC．h=2m時，物體的動能Ek=40JD．從地面至h=4m，物體的動能減少100J【答案】AD【課題組點評】此題充分利用圖像的斜率，區(qū)分影響機械能、動能和勢能的因素。A．2kg B．1.5kg C．1kg D．0.5kg【答案】C【課題組點評】分析上升和下降是兩個階段，受力情況要發(fā)生變化。5、【2017年江蘇卷】一個小物塊沿傾斜斜面向上滑動，最后在滑回到原處．已知物塊初動能大小為，物塊與斜面間的動摩擦因數(shù)不變，那么，該過程中，該物塊的動能與位移的關(guān)系圖線是【答案】C【課題組點評】分段列動能定理，切記位移X與運動軌跡的區(qū)別。E-t圖像6、（2018年江蘇卷）從地面豎直向上拋出一只小球，小球運動一段時間后落回地面．忽略空氣阻力，該過程中小球的動能Ek與時間t的關(guān)系圖像是（）A.B.C.D.【答案】A【解析】本題考查動能的概念和Ek-t圖象，意在考查考生的推理能力和分析能力。小球做豎直上拋運動時，速度v=v0-gt，根據(jù)動能Ek=17、（2020·新課標Ⅲ）甲、乙兩個物塊在光滑水平桌面上沿同一直線運動，甲追上乙，并與乙發(fā)生碰撞，碰撞前后甲、乙的速度隨時間的變化如圖中實線所示。已知甲的質(zhì)量為1kg，則碰撞過程兩物塊損失的機械能為（）A.3J B.4J C.5J D.6J【答案】A【課題組點評】看懂v-t圖像，分清兩個物體初末速度，對系統(tǒng)列出動量守恒和能量守恒方程。8、【2017·新課標Ⅲ卷】A．t=1s時物塊的速率為1m/sB．t=2s時物塊的動量大小為4kg·m/sC．t=3s時物塊的動量大小為5kg·m/sD．t=4s時物塊的速度為零【答案】AB【課題組點評】根據(jù)V-t圖像的面積類推出F-t圖像面積表示動量的變化量。四、電學(xué)實驗類圖像（2）[2]因為待測電阻為幾十歐姆的電阻，通過圖像斜率大致估算待測電阻為左右，根據(jù)選擇圖線I得到的結(jié)果較為準確。[3]根據(jù)圖像可知[4]考慮電流表內(nèi)阻，則修改后的電阻為【課題組點評】電學(xué)實驗大部分涉及圖像類問題，把物理規(guī)律變成數(shù)學(xué)函數(shù)，充分利用閉合電路歐姆定律或部分電路歐姆定律。2、（2020·浙江卷）某同學(xué)分別用圖甲和圖乙的電路測量同一節(jié)干電池的電動勢和內(nèi)阻。(1)在答題紙相應(yīng)的方框中畫出圖乙的電路圖____________；(2)某次測量時電流表和電壓表的示數(shù)如圖所示，則電流_____，電壓_____；(3)實驗得到如圖所示的兩條直線，圖中直線Ⅰ對應(yīng)電路是圖1_____（選填“甲”或“乙”）；(4)該電池的電動勢_____V（保留三位有效數(shù)字），內(nèi)阻_____（保留兩位有效數(shù)字）?！敬鸢浮?1).(2).0.39～0.41(3).1.29～1.31(4).乙【課題組點評】利用閉合電路歐姆定律分析電源的電動勢、內(nèi)阻的測量值與真實值之間的誤差。(2)針對電壓表示數(shù)的變化范圍比較小的問題，該小組利用實驗室提供的器材改進了實驗方案，重新測量得到的數(shù)據(jù)如下表所示。序號1234567I/A0.080.140.200.260320.360.40U/V1.351.201.050.880730.71052【答案】(1).B(2).(3).R1(4).五、電場類圖像A．點電荷從x1運動到x2的過程中，速度先保持不變，然后均勻增大再均勻減小B．點電荷從O沿x軸正方向運動到x2的過程中，加速度先均勻增大再均勻減小C．電勢差UOx1＜UOx2D．在整個運動過程中，點電荷在x1、x2位置時的電勢能最大解析：選BD.點電荷從x1運動到x2的過程中，將運動階段分成兩段：點電荷從x1運動到O的過程中，初速度為0，根據(jù)牛頓第二定律有a＝eq\f(F,m)＝eq\f(Eq,m)，電場強度E不變，所以加速度a不變，點電荷做勻加速運動；點電荷從O運動到x2的過程中，根據(jù)牛頓第二定律有a＝eq\f(F,m)＝eq\f(Eq,m)，電場強度E先均勻增大再均勻減小，所以加速度a先均勻增大再均勻減小，速度不是均勻變化的，故A錯誤，B正確；點電荷從O運動到x1的過程中，根據(jù)動能定理有UOx1q＝0－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)，點電荷從O運動到x2的過程中，根據(jù)動能定理有UOx2q＝0－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)，所以電勢差UOx1＝UOx2，故C錯誤；點電荷在運動過程中僅有電場力做功，動能和電勢能之和保持不變，點電荷在x1、x2位置動能最小，則電勢能最大，D正確．解析：選A.該球的電荷密度ρ＝eq\f(q,\f(4,3)πR3)，球內(nèi)某點的電場強度等于以距球心的距離r為半徑的球體所產(chǎn)生的電場強度，大小E＝keq\f(ρ\f(4π,3)r3,r2)＝eq\f(kqr,R3)，球外某點的電場強度E＝keq\f(q,r2)，只有選項A正確．3、有一半徑為R的均勻帶電薄球殼，在通過球心的直線上，各點的場強E隨與球心的距離x變化的關(guān)系如圖所示；在球殼外空間，電場分布與電荷量全部集中在球心時相同，已知靜電常量為k，半徑為R的球面面積為S＝4πR2，則下列說法正確的是()A．均勻帶電球殼帶電密度為eq\f(E0,4πk)B．圖中r＝1.5RC．在x軸上各點中有且只有x＝R處電勢最高D．球面與球心間電勢差為E0R解析：選A.由圖線可知，距離球心R處的場強為E0，則根據(jù)點電荷場強公式可知：E0＝eq\f(kQ,R2)，解得球殼帶電荷量為Q＝eq\f(E0R2,k)，則均勻帶電球殼帶電密度為eq\f(Q,4πR2)＝eq\f(E0,4πk)，選項A正確；根據(jù)點電荷場強公式eq\f(1,2)E0＝eq\f(kQ,r2)，解得r＝eq\r(2)R，選項B錯誤；由題意可知在x軸上各點中，在0～R范圍內(nèi)各點的電勢均相同，球面與球心間的電勢差為零，選項C、D錯誤．4、在x軸上有兩個點電荷q1、q2，其靜電場的電勢φ在x軸上分布如圖所示．下列說法正確有（A）q1和q2帶有異種電荷（B）x1處的電場強度為零（C）負電荷從x1移到x2，電勢能減小（D）負電荷從x1移到x2，受到的電場力增大【答案】AC【解析】由圖知x1處的電勢等于零，所以q1和q2帶有異種電荷，A正確，圖象的斜率描述該處的電場強度，故x1處場強不為零，B錯誤；負電荷從x1移到x2，由低電勢向高電勢移動，電場力做正功，電勢能減小，故C正確；由圖知，負電荷從x1移到x2，電場強度越來越小，故電荷受到的電場力減小，所以D錯誤．5、【2017·新課標Ⅰ卷】在一靜止點電荷的電場中，任一點的電勢與該點到點電荷的距離r的關(guān)系如圖所示。電場中四個點a、b、c和d的電場強度大小分別Ea、Eb、Ec和Ed。點a到點電荷的距離ra與點a的電勢a已在圖中用坐標（ra，a）標出，其余類推?，F(xiàn)將一帶正電的試探電荷由a點依次經(jīng)b、c點移動到d點，在相鄰兩點間移動的過程中，電場力所做的功分別為Wab、Wbc和Wcd。下列選項正確的是A．Ea：Eb=4:1 B．Ec：Ed=2:1 C．Wab:Wbc=3:1 D．Wbc:Wcd=1:3【答案】AC【解析】由題圖可知，a、b、c、d到點電荷的距離分別為1m、2m、3m、6m，根據(jù)點電荷的場強公式可知，，，故A正確，B錯誤；電場力做功，a與b、b與c、c與d之間的電勢差分別為3V、1V、1V，所以，，故C正確，D錯誤。六、電磁感應(yīng)六、電磁感應(yīng)A．時刻線框平面與中性面垂直B．線框的感應(yīng)電動勢有效值為C．線框轉(zhuǎn)一周外力所做的功為D．從到過程中線框的平均感應(yīng)電動勢為【答案】BC【解析】由圖像可知時刻線圈的磁通量最大，因此此時線圈處于中性面位置，因此A錯誤；由圖可知交流電的周期為T，則，由交流電的電動勢的最大值為，則有效值為，故B正確，線圈轉(zhuǎn)一周所做的功為轉(zhuǎn)動一周的發(fā)熱量，，故C正確；從0時刻到時刻的平均感應(yīng)電動勢為，故D錯誤。A.B.C.D.

當(dāng)線框再向左運動時，左邊切割產(chǎn)生的電流方向順時針，右邊切割產(chǎn)生的電流方向是逆時針，此時回路中電流表現(xiàn)為零，故線圈在運動過程中電流是周期性變化，故D正確?！窘馕觥坑蒃–t圖象可知，線框經(jīng)過0.2s全部進入磁場，則速度，選項B正確；E=0.01V，根據(jù)E=BLv可知，B=0.2T，選項A錯誤；根據(jù)楞次定律可知，磁感應(yīng)強度的方向垂直于紙面向外，選項C正確；在t=0.4s至t=0.6s這段時間內(nèi)，導(dǎo)線框中的感應(yīng)電流，所受的安培力大小為F=BIL=0.04N，選項D錯誤；故選BC。6．【2016·全國卷Ⅲ】如圖所示，M為半圓形導(dǎo)線框，圓心為OM；N是圓心角為直角的扇形導(dǎo)線框，圓心為ON；兩導(dǎo)線框在同一豎直面(紙面)內(nèi)；兩圓弧半徑相等；過直線OMON的水平面上方有一勻強磁場，磁場方向垂直于紙面．現(xiàn)使線框M、N在t＝0時從圖示位置開始，分別繞垂直于紙面、且過OM和ON的軸，以相同的周期T逆時針勻速轉(zhuǎn)動，則()圖1-A．兩導(dǎo)線框中均會產(chǎn)生正弦交流電弧半徑，因此在產(chǎn)生感應(yīng)電動勢時其瞬時感應(yīng)電動勢大始終為E＝eq\f(1,2)Bωl2，但進磁場和出磁場時電流方向相反，所以線框中應(yīng)該產(chǎn)生方波交流式電，如圖所示，A錯誤；由T＝eq\f(2π,ω)可知，兩導(dǎo)線框中感應(yīng)電流的周期相同，均為T，B正確；在t＝eq\f(T,8)時，兩導(dǎo)線框均在切割磁感線，故兩導(dǎo)線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢均為eq\f(1,2)Bωl2，C正確；對于線框M，有eq\f(E2,R)·eq\f(T,2)＋eq\f(E2,R)·eq\f(T,2)＝eq\f(Ueq\o\al(2,有M),R)·T，解得U有M＝E；對于線框N，有eq\f(E2,R)·eq\f(T,4)＋0＋eq\f(E2,R)·eq\f(T,4)＋0＝eq\f(Ueq\o\al(2,有N),R)·T，解得U有N＝eq\f(\r(2),2)E，故兩導(dǎo)線框中感應(yīng)電流的有效