图象在物理中的应用

有句话“学好数理化，走遍天下都不怕”广为流传，说明“数理化”非常重要。

但如今物理却被认为是一门比较难学的学科，愿意学物理的学生不多，学好物理的学生更不多，主要原因是，学生不能很好的把物理知识同其他学科知识整合起来解决物理问题。

物理学中常用数学知识表示物理概念、描述物理规律。例如应用数学中的比值关系描述物体的运动速度（v=Δx/Δt）、物体的加速度（a=Δv/Δt）、电场强度（E=F/Q）等；应用数学中的坐标图象方法描绘出位移―时间图象（表示物体的运动快慢）、速度―时间图象（表示物体运动快慢的变化）等；应用数学中的几何方法表示光的直线传播、波的反射、波的折射，电场和磁场的分布与强弱等。数学知识往往比较抽象，学生使用过程中常常出错。

物理学中常用信息技术知识把抽象问题具体化（多普勒效应、光现象、电磁现象等）、把微观现象宏观化（扩散现象、布朗运动、原子模型、核反应等），可以把看不见、摸不着的现象转化为喜闻乐见的图象，学生容易接受，并且记得快。

当今社会，由于科技的发展，学生使用电脑的机会越来越多，电脑水平也越来越高，教学中可以引导学生用学过的几何画板、flash、powerpoint、excel等知识，做出物理学中所需要的各种图象、分析物理现象、寻找物理规律；可以让学生把生活中常见的一些现象（声光电磁现象、追及问题、体育运动、娱乐活动、交通安全）、故事（如龟兔赛跑）等，用图象快速准确地表现出来，加深对知识的理解和掌握。

图象在物理学中应用十分广泛，是一种常用的研究问题的方法。

因为图象：（1）能形象地表达物理规律；（2）能直观地描述物理过程；（3）能鲜明地表示物理量之间的依赖关系。所以学会作图，特别是用信息技术知识作图，无论是对初中生，还是对高中生学习物理都会有帮助。

在学习《匀变速直线运动的研究》这一章内容时，“图象”的作用不能小瞧。我们可以根据图象判断物体的运动速度（v0）、任意时刻的速度（v）、物体的运动性质（物体运动快慢是否变化、加速度a是否变化）、运动的时间、一段时间内物体运动的位移x、两物体是否相遇等。

下面以一些图象问题作为例子略作说明。

【例1】在节假日期间，你可能到公园或者游乐场所玩过蹦床，如图是你某次蹦床跳起后的v-t 图象。已知t1-0= t2-t1，结合你的体会和经历回答下列问题：

（1）你所做的运动时匀变速直线运动吗？

（2）你跳起时的速度有多大？

（3）你能从图象中知道在哪段时间内是

上升，哪段时间内是下降吗？

（4）从图象中可以看出，是选上升过程的速度

方向为正方向，还是选下降过程的速度方向为正方向？

【分析】（1）由v-t 图象可知，

图线与时间轴的夹角不变（a不变），所以运动是匀变速直线运动。

（2）由图线与纵轴的交点可知，跳起时的速度是v0。

（3）由图线上速度值的变化可知，0-t1 时间段内是上升，t1 t2时间段内是下降。

（4）由坐标轴上数值的正负可知，取上升阶段为正方向，下降阶段为负方向。

小结：用坐标轴可以表示简洁、明了的表示速度矢量（大小和方向）随时间发生变化及变化关系。

在纸上作图，学生会感觉“图”比较抽象（不具体、生动），学生不能把图与现实生活相联系。用信息技术作图，可以形象地模拟场景，可以调动学生的感官、思维，使学生更好地分析现象。

【例2】甲、乙两物体由同一位置出发沿一直线运动，v-t 图象如图所示，下列说法正确的是（）

A、甲做匀速直线运动，乙做匀变速

直线运动

B、两物体两次相遇时刻是1S末和4S末

C、乙在前2S内做匀加速直线运动，2S后

做匀减速直线运动

D、2S后，甲、乙两物体速度方向相反

【分析】由v-t 图象可知，甲物体以2m/s的速度在做匀速直线运动。乙物体在前2S内做匀加速直线运动，2S后做匀减速直线运动，运动方向不改变；1S末和4S末甲、乙两物体速度大小相等；6S末甲、乙两条图线与时间轴所围的面积相等，表示两物体相遇。所以C答案正确。

小结：由v-t 图象图线的形状可以判断物体的运动性质（匀速、变速）、由图线与时间轴所围的面积是否相等可以判断两物体是否相遇。

用几何方法判断和证明比较麻烦，而用信息技术知识模拟情景、让学生有如身临其境，引发学生积极思考；用信息技术知识作图，可以形象、直观地去比较图线与时间轴所围的面积相同，判断两物体的位移相等。

【例3】甲、乙、丙三辆汽车以相同的速度同时经过某一个路标，以后甲车一直做匀速直线运动，乙车先加速后加速，丙车先减速后加速，它们经过下一个路标时的速度又相同，则（）

A、甲车先通过下一个路标

B、乙车先通过下一个路标

C、丙车先通过下一个路标

D、三车同时到达下一个路标

【分析】如图所示，

由题意做出v-t图象：

甲、乙、丙三条图线分别表示

甲、乙、丙三个物体的运动状态。

由v-t 图象可知，位移相等，图线与时间轴所围的面积相等。

所以t乙 < t甲 < t丙 ，B答案正确。

小结：由v-t 图象可判断，物体运动位移相同时，所用时间不一定相同。

此题用信息技术知识作图，可以再现运动情景，同时用“填补法”比较图线与时间轴所围的面积的大小，来判断位移相等，直观、形象，有助于学生了解现象、理解规律。

综上所述，灵活应用形象、直观、鲜明的“图象”有助于我们更好地去理解物理现象、掌握物理规律。图象是解决物理问题时不可或缺的好帮手。所以，我们应该培养学生①利用实验中得到的数据，学会绘制图像，由图象分析得出物理规律；②利用物理问题，画出示意图，呈现物理情境，分析问题，找出规律；③利用多媒体绘制图象，验证物理规律。

信息技术知识应用于作图，对于物理情境的创设“功不可没”。利用信息技术作图可以充分调动学生的学习积极性，使他们能把抽象思维与形象思维很好地接合起来，把物理知识与其他学科的知识极大的整合起来，有利于激发学生的学习兴趣，促进学生去学习物理、学好物理。

“信息技术与物理学的整合”前景广阔，有待于我们去开发和利用。