例谈高中物理电学实验题“图像法”问题的解决方法

例谈高中物理电学实验题“图像法”问题的解决方法

崔军

陕西省西乡县第一中学  723500

摘要：本文首先分析了图像法在学习物理概念、揭示物理规律、构建定物理模型以及解决物理问题等方面的作用。然后从高中物理电学实验“点”、“斜率”以及“面积”等方面的实验案例为切入口，阐述了利用图解法解物理题的关键所在，并通过这些实例具体分析，在解决问题的过程中应该把握哪些关键点，才能更好的找到突破口从而提高解题速度和正确率。

关键词：高中物理；电学实验；图像法

引言：图像法顾名思义就是利用图像表现物体的运动规律、过程从而有助于解决物理问题的一种方法。这也是物理实验课程最常用的方法。其特点是能够非常直观形象的表达物理规律并且减少由于各种误差所造成的影响。通过图像法，我们可以从图中找出一些关键的物理量，这些物理量可以也不用测量或者是不能够被测量但通过图像可直接得到。学生对于图像法的使用效果能够在一定程度上体现学生学习的综合能力，考察学生是否能够将物理问题用图形结合的方式统一起来。该方法对于高中物理电学实验的学习至关重要，因此本文首先探讨图像法对于高中学生物理学习的作用、再结合“点”、“斜率”以及“面积”等方面的物理电学实验详细阐述图像法解决问题的关键点。

一、图像法的作用

（一）学习概念

物理课本中的各种概念是经过不断的观察、摸索以及实验所得出的。整个过程需要以大量直观的形象作为直接的参考对象。而物理图像本身就具有直观、形象的特性，这在很大程度上满足了高中生思维的发展特点。因此合理的运用图像法可以增强学生学习物理概念的效果。

（二）揭示物理规律

探究物理规律是高中的重点和难点，但同时又是考试的重点所在。而在对物理规律的探讨中通常是基于理想的实验环境条件，此时就应该借助图像法进行分析和表达，将复杂的物理过程进行简化和形象化才能更好的促进学生对于物理规律的理解[1]。

（三）构建物理模型

在学习物理课程时，通常我们要采用文字和符号的形式去表达各种物理量，因此当学生分析物理问题时，也需要从脑中提取文字和符号，通过画示意图以及受理分析等图像进行逻辑的推理和判断，最后构建物理模型进行解题。

（四）解决物理问题

物理反映了客观规律和事实，简化的表达出了复杂世界中所蕴含的规律。在解决大部分物理问题时，都可以采用图像的方法促进学生对于问题的理解和分析。如果只是单纯的用文字探索，那解决物理问题的困难将会大大提升。

二、高中物理电学实验题“图像法”问题实例

图像法是高中物理教学中的重要内容，教师也十分分强调该部分的教学，但学生普遍存在两方面的问题。（1）忽略横纵坐标的具体物理量以及所代表的含义；（2）不能抓住关键解题点：比如截距、斜率、交线的面积等等。因此在学习物理时应该着重加强这方面的理解和练习。下面我们将与具体的电学实验题进行解题分析：

（一）“点”的问题

点是图像中的基本元素，学好“点”的各方面知识能够促进学生对于物体在某一个状态的理解。具体点的问题主要分为“截距点”以及“图像交点”两类问题。解决点的问题关键在于要清楚横坐标以及纵坐标所表示的物理量和具体含义，弄清楚坐标轴各个物理量之间所存在的函数关系[2]。

（二）“斜率”的问题

物理电学实验中经常会涉及到图像的斜率问题，对于解决物理实验题我们一定要清楚斜率的物理意义，它不仅仅代表的是横坐标与纵坐标的比值。在更多时候考察的形式总是以某个物理关系式为主。因此解决该类题型的重点是要把握横坐标以及纵坐标之间的函数关系式，下面我们与图像切割的问题进行讲述：

要判断小灯泡的电阻与电压的变化之间的关系。我们知道U=IR，该式子可以转化为R=U/I，而且刚好就是电流和电压图的斜率，U-I图像的斜率表示电阻，I-U图像的斜率表示电阻的倒数，因此在遇到这类问题时，可以直接通过图上的斜率判断小灯泡电阻随电压变化的情况。路端电压和电流的U-I图像的斜率的绝对值表示电源的内阻，纵截距表示电源的电动势，电压从零开始变化的横截距表示短路电流。所以同样是U-I图像，分清楚纵横坐标轴的物理意义，斜率和纵横坐标轴的截距的意义。

（三）“面积”的问题

在物理学习中经常会涉及到面积问题，即图像与坐标轴所围成的面积能够代表某个物理量，比如v-t图的面积可以代表位移，而电学实验中也涉及到一些“面积”问题，解决这类题的主要思路是弄清楚横纵坐标的物理量以及物理含义，明确二者乘积所代表的物理量的物理含义。并找出图中对应部分面积的大小是解决这类题的关键。

例题：众所周知，电容器能够存储电，某位同学利用图5研究电容器充放电现象的规律。图中R是高阻值电阻，其值的大小为12KΩ，数字多用电表（图中用正方形框出来的部分）串联在电路中，并且其正负极可以自动转换。

图5 电容器充电和放电的电路图

开关接到S2的时候电容器就开始供电，表2是每过一段时间进行的数据记录。根据表格中的记录将其绘制在图6的坐标纸上。

表2电容器放电电流值表

图6 坐标纸

请求出该电容器充满电过后，所携带的电荷量应该为（ ）C。

我们根据表2所给的实验数据，在坐标纸上会印出相应的点，并用光滑的曲线将其连接，从而得到电流和时间的关系图。再根据公式Q=It，分析出横坐标与纵坐标的乘积所代表的物理含义应该是放电过程中电容器所释放的电量，而我们又知道电容器充满电的电量与释放的总电量相等。因此在这个过程中，我们能够看出通过横纵坐标与图形所围成的面积能够得到一个具体的物理量，这就把一个复杂的物理问题通过“图像法”将其转化成“面积”的问题。因此这对于我们解决物理电学实验问题提供了一个重要的解题方向——弄清楚图形与坐标轴围成面积所表示的物理含义从而考虑“面积”考虑是否是解决问题的关键。

结语：通过以上高中物理电学实验题的分析，我们可以明显的看出“图像法”在解决物理电学实验题的过程中具有非常重要的作用，该方法相对于其他教学方法来说，更加直观、形象，掌握该方法的首要是要在解题过程中运用图像思维的方式去考虑物理问题，充分了解图像法的优势，在此基础上结合具体的物理情景和规律去找出各个参数之间的函数关系，弄清楚横、纵坐标所代表的物理量以及具体物理含义，重视斜率、面积与目标物理量的关联是解决电学实验中各种问题的关键，但是目前学生对其重视程度不高，因此学校应该加以重视，加大该模块的训练和培养。

参考文献：

[1]黄承琪.图像法在高中物理解题中的应用[J].数理化解题研究,2021(28):96-97.

[2]李永伟.图像法在实验数据处理中的应用[J].中学物理教学参考,2021,50(23):39-41.

[3]张图润. 运用图像建构模型的教学策略研究[D].西北师范大学,2021.