| 标题 | 例谈物理图像与情景的转换 |
| 范文 | 张 政 新海高级中学，江苏省连云港市222006 摘要：图像问题在物理教学中是难点，在高考中是重点和热点。本文试图利用2008年高考题从物理图像与物理情景相互转换过程中寻求规律，并进行分类探究。 关键词：课程标准；临界问题；图像；情景；转换 中图分类号：G633.7 文献标识码：A文章编号：1003-6148(2009)3(S)-0019-3オ 笔者在研究近几年特别是2008年高考试题的过程中，发现有关图像的试题类型已经从过去的根据图像计算物理结果或根据物理规律描绘物理图像方面的要求，转移到考查学生对物理情景与物理图像相互合理转换的能力和时机把握上了。这也应该是今后一段时间内高考对物理图像考查方法的一个趋势。现借用2008年高考部分试题，对物理图像与物理情景相互转换过程中的方法、注意点进行分类探究。 1 从图像到情景 此类问题提供一个物理图像，让考生根据图像这一载体所携带的所有公开或隐含的信息，还原出真实的物理情景。 例1（08江苏第5题） 如图1所示，粗糙的斜面与光滑的水平面相连接，滑块沿水平面以速度v0运动，设滑块运动到A点的时刻为t=0，距A点的水平距离为x，水平速度为v瓁。由于v0不同，从A点到B点的几种可能的运动图像如下列选项所示，其中表示摩擦力做功最大的是（ ）お 命题立意分析 本题考查了考生对功的概念、平抛运动等内容的理解和对图像的分析、处理能力。考生如果没有将此图像转换成真实的物理情景，则很难答对此题。由图像A、C可知，水平速度不变，即物体做平抛运动，物体根本没有和斜面接触，摩擦力为零，故A、C错；由B图可知，物体先做一段平抛运动再落至斜面，而D图反映的物理情景是在斜面上运动较长距离，此过程摩擦力做功最多，故D正确，B错误。 2 从情景到图像 此类试题是常见的习题，但是近年来的试题中的花样又有诸多的翻新，试题特别注重物理情景中的临界问题，或某个物理量的最大、最小值在图像中的显现，此时的图像形状往往有突变。 例2（08上海第10题）と缤3所示，平行于y轴的导体棒以速度v向右匀速直线运动，经过半径为R、磁感应强度为B的圆形匀强磁场区域，导体棒中的感应电动势E与导体棒位置的关系图像如图4所示。正确的图像是图中的（ ）お 命题立意分析 本题考查导体切割磁感线产生感应电动势问题中的导体切割长度与感应电动势的定量关系的确定问题，而有效切割长度与x的关系则是解决此问题的关键。由图5a所示可知，导体棒的有效切割长度l随x的变化率先减小后增大，而B、v为定值，故E随x的变化率也应先减小后增大。由图5a可得： l=2R2-(R-x)2。 解得l24R2+(x-R)2R2=1，可知应为椭圆方程。其图像如图6b所示。而E=Blv，故E∝l，故E-x图像的形状应与图5b相似，故答案应选A。 3 从图像到图像 这类问题的实质是从图像→情景→新图像。即根据题给物理图像，推导一些物理量的变化情况，转换正确的物理情景，再根据物理情景，应用有关的物理规律，判断另一些物理量的变化情况，最后正确作出这些新物理量的变化图像。 例3（08重庆第21题） 图6所示是某同学设计的电容式速度传感器的原理图，其中上板为固定极板，下板为待测物体。在两极板间电压恒定的条件下，极板上所带电量Q将随待测物体的上下运动而变化。若Q随时间t的变化关系为Q=bt+a，（a、b为大于零的常数），其图像如图7所示，那么图8、图9中反映极板间场强大小E和物体速率v随时间t变化的图线可能是（ ）お A．①和③。 B．①和④。 C．②和③。 D．②和④。 命题立意分析 本题考查了对图像的分析，根据题设条件中的物理情景，推测、判定这几个物理量的变化规律符合哪一个图像，故对物理情景的分析尤为重要。根据题意，U一定，由公式 U=QC，E=Ud，C=εS4πkd可得： E=4πkbεS(t+a)，所以②正确。 又由E=4πkbεS(t+a)和E=Ud可得： d=n(t+a)，（n=εSU4πkb为常数）， 板间距离与时间t成线性变化关系。 故v=dt=定值，故③正确。故选C正确。 根据题设条件和Q-t图像转换成物理情景可知，C和E这两个物理量的变化情况，进而推知两板间距d与时间t的关系，最终得出结论。 4 从情景到情景 在有些问题中，利用图像分析会使物理过程更加明晰、直观，解决也更加简捷方便。这类问题的解决过程可以归纳为情景→图像→新情景。 例4（08广东19题） 如图10所示，在光滑的绝缘水平面的AB区域内存在水平向右的电场，电场强度E随时间的变化如图11所示。不带电的绝缘小球P2静止在O点。t=0时，带正电的小球P1以速度v0从A点进入AB区域，随后与P2发生正碰后反弹，反弹速度大小是碰前的2/3，P1的质量为m1，带电量为q，P2的质量为m2=5m1，A、O间距离为L0，O、B间距离为L=4L03。已知qE0m1=2v203L0，T=L0v0。 （1）求碰撞后小球P1向左运动的最大距离及所需时间；（2）讨论两球能否在OB区间内再次发生碰撞。お 命题立意分析 本题考查学生对力学、电场基本规律的理解和分析综合能力。我们发现，在分析物理情景的过程中能灵活运用图像分析方法，将更容易挖掘出题设条件中隐含的物理规律，再以此为基础继续分析新的物理情景（即能否再次碰撞的情景）就简单了许多。这样事实上就完成了“物理情景→图像→新的物理情景”的思维转换。 （1）小球P1到达O点的时间T=L0v0，与P2碰撞时，电场刚好由0变为E0，碰撞后P1的速度v1=-23v0，在电场中P1的加速度a=qE0m1，P1向左运动的时间t1=-v1a=T，向左运动的最大距离s=v212a=13L0。 （2）根据动量守恒定律m1v0=m1v1+m2v2，得v2=13v0，且作匀速直线运动。由上述条件可得P1、P2的速度时间图像，如图12所示。お 由图12所示可知，P2以13v0的速度匀速向右，则P2完成L距离需时间 t=L13v0=4L0v0=4T。 而该段时间P1第二次到达O点后向右的位移即为图中阴影的“面积”，大小为 23v0+43v02×T=2v0T=2L0＞43L0=L，由此可断定，P1、P2在这之前已经发生了第二次碰撞。 根据以上几例的分析讨论，我们可以得到这样的一些启发：今后在指导学生解决有关图像的物理问题时，不仅要提高学生的读图、识图能力，提高寻找、确认图像所包含的物理信息能力，还要提高学生将图像还原成物理情景，由物理情景生成正确的物理图像的能力，在图像与情景的相互转换的过程中，达到认识物理规律、理解物理规律、利用物理规律的最终目的。 参考文献： ［1］２００８年全国各省市高考试卷总汇及详解（物理）.光明日报出版社２００８年６月第１版 ［2］中华人民共和国教育部制订.普通高中物理课程标准（实验）.人民教育出版社2003.4 (栏目编辑黄懋恩) |
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