图像法在初中物理实验教学中的应用初探

西安交大附中分校   常琦君

物理对大多数中学生来说，都是最难学的一门学科，难以理解的物理概念、复杂的电路图、抽象的物理规律及原理等，都让学生倍感压力。而图像法具有形象直观、过程清晰、化难为易等特点。我根据物理是一门实验学科这一特点，在建构物理概念、规律时，引进了图像法教学，不但培养了学生的作图、识图、分析图像的能力，而且还引导学生感悟了实验过程、掌握了科学探究的方法，增强了学生学习物理的信心，同时提高了学生学习的效率，取得了较好的教学效果。下面我从三个方面谈一下图像法在初中物理实验教学中的应用：

一．图像法可以描述复杂的物理变化过程，把握变化规律

物理过程具有复杂性和抽象性的特点，可以直接用文字表述，也可以用数学式表达，还可以用物理图像描述。用图像法来描述物理过程则更直观，可以描述出其变化的动态特征，进一步明确相应的函数关系，实现文字与图像的巧妙转化，降低学习难度，帮助学生理解物理变化过程，避免一些知识死记硬背，学会从图像中获取信息，使一些知识更简单、明朗。事实上，利用图像描述物理过程应包括两方面：一是将物理过程表述为物理图像，二是从物理图像上分析物理过程。因此，学会物理作图是解题的关键，作图的过程就是分析、理解题意的过程。在教学中，物理教师指导学生作图时，要注意确定坐标轴、符号和单位，着重注意一些特殊点（如起点、拐点、终点），然后用平滑的直线或曲线连接各点。

例如：下图是海波熔化图像。通过图像明确了海波是晶体，此图像是吸热图像，晶体熔化时要吸热，该晶体的熔点是 50℃；BC段是海波熔化过程，熔化过程中温度不变，熔化经过了4分钟，熔化后继续吸热，温度继续升高。

其它很多相关内容都可以用图像记忆知识点，如浮力的大小与排开液体体积有关、液体的沸点图像等。物理图像中隐含了很多信息，准确地找出有用的相关信息。

二．图像法有利于正确处理实验数据，描述物理量之间的定量关系，得出正确的结论

   在初中物理实验中，很多时候单凭数据不能得出很准确得结论，而应用图像进行实验数据处理是常用的一种方法，它不仅具有简明、直观、便于比较以及可以减小误差的特点，而且还可以求解第三个相关的物理量，并利用图像分析误差产生的原因，因此图像法成为处理物理实验问题的重要手段之一。

例如，在学习“探究导体中的电流与电压的关系和和电流与电阻的关系时”实验中，学生通过三组实验数据初步理解电流与电压、电流与电阻的定性关系，教师再引导学生在直角坐标系中将三组数据用描点、平滑曲线结合的方法在I-U坐标系、I-R坐标系中分别表示出来----I-U图像是正比例函数图像（如下图1）、I-R图像（如下图2）是反比例函数图像。于是，同一导体中的电流与电压成正比、电流与电阻成反比的定量关系就确立了。之后将两组不同导体的数据在I-U坐标系中用点、线表示出来，进行综合对比，不难发现不同导体所作出的直线的斜率不同，进而得出“不同导体两端的电压与通过它电流的比值时不同的，即不同导体的电阻是不同的”。在I-U图像中，斜率越小，电阻越大．进而引导学生思考：如果把R₁和R₂串联使用，它们的I-U图像应在哪个区域？如果把R₁和R₂并联使用，它们的I-U图像应在哪个区域？

           图1                       图2                    

随着学习内容的加深，我们还可以绘出定值电阻功率P-U图像（如下图3）和小灯泡功率P-U图像，并发现了小灯泡和定值电阻的图线不一样．在老师的启发下，学生还可计算相应的电阻，进而画出了R-U图像（如下图4），从中又发现U越大,R越大．经过学生的讨论知道了其中的奥妙：小灯泡的电阻R与温度有关，电压U越大，功率越大，灯丝温度越高．

       图3                         图4

类似这样的还有压强与受力面积、压力的关系；同种物质质量与体积的关系；路程与时间、速度的关系；液体的压强与液体的密度和深度的关系；重力的大小与质量的关系等，都可以用图像找出相关物理量之间的函数关系。

三．图像法还可以确定物理量的大小，以及确定物理量的范围

　  物理学研究中，根据理论进行逻辑推理和数学演算的过程中，往往会遇到繁琐的运算和物理量的实际取值范围问题。若能巧妙利用图像将数形结合，可以弃繁从简，化难为易。

例如，如图所示的滑轮组，每个滑轮等重，不计绳重和摩擦．物体重G从200N开始逐渐增加，直到1600N时绳子被拉断．每次都匀速拉动绳子将物体提升同样的高度．右图记录了在此过程中滑轮组的机械效率随物体重力的增加而变化的图象．
     分析：由图可知：当物体重200N时，机械效率为50%，进而确定每个滑轮重200N．当绳子要被拉断时拉力最大为1600N了，此时滑轮组的机械效率最大为88.9 % 。  我们知道使用滑轮组可以省力，那么使用滑轮组一定省力吗？在什么情况下使用它可以不省力呢？不难计算，当F=G_物=100N、滑轮组的机械效率低于33.3%时，使用它将不再省力．

   总之，在物理实验教学中，教师要充分把握学科的内在特点和学生的认知规律，把复杂的文字描述转化为简单直观的物理图像，增强其可读性和探究性，给学生提供更为有效的学习方法，进一步增强学生学习物理的兴趣和信心，培养学生识图、建图、用图的能力，启迪学生的创新意识，锻炼学生的逻辑思维能力，培养学生严谨求实的治学态度，努力提高学生的基本素质。