浅谈图像法在中学物理实验中的应用

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1、浅谈图像法在中学物理实验中的应用浅谈图像法在中学物理实验中的应用摘要：本文在简单介绍图像法的基础上，从图像法能形象直观地描述物理量之间的关系，简化实验和数据处理的方法，减小误差、分析误差的成因，便于实验进行深入分析推导出经验公式四个方面入手，并结合中学物理实验中有特点的实例阐述了图像法在中学物理实验中的应用。　　关键词：图像法　斜率　截距　面积　　物理是一门以实验为基础的学科。物理学所得出的定律，绝大多数是用实验探索得出来的，也就是通过大量实验来进行观察，实验是学生接受物理知识最符合认识规律的方法，由于物理现象研究是非常复杂

2、的，各种因素交织在一起，这就需要我们来简化实验。在做物理实验时，仅仅记下一些物理量的大小和实验现象是不够的，还需要将测得的数据进行归纳整理，由表及里，去粗取精，运用数学工具，总结出物理规律，因此，学生经常被一些繁难的运算和大大小小的实验误差所难倒，得不出正确的结论，还有些数据在实验中无法直接测得，而图像法能够很好的解决这些方面的问题。　　1．图像法简介　　物理规律可以用文字来描述，也可以函数式来表示，还可以用图像来描述。利用图像描述物理规律，解决物理问题的方法就称之为图像法。图像法通过图像来确定物理量之间的关系，是一种科学探

3、究的基本方法。　　用图像法来描述物理过程具有形象直观的特点，可以清晰地描述出其变化的动态特征，把物理量之间的相互依赖关系和线性关系、周期性等清晰地呈现出来，通过图像的比较，学生能够较容易的理解物理过程发现物理规律，这种直观印象有时能透过事物的本质，诱使人们做更深入的探讨，利用图像法思路清晰可以使得物理问题简化明了，还能起到一般计算法所不能起到的作用，可以使物理概念得到进一步拓展，而且图像法能将物理学科和其它学科有机地结合起来，启迪学生的创新意识，培养创造能力，提高学生的综合能力。　　当然图像法也有一些不足之处，主要表现在下面

4、几个方面：　　①学生容易搞不清楚纵轴和横轴所代表的物理量，不能够明确要描述的是哪两个物理量之间的关系。比如学生就有可能把简谐运动和简谐波的图像认为是相同的。　　②学生很容易误解成图线就是表示物体实际运动的轨迹。如匀速直线运动的S－T图像是一条斜向上的直线，但物体实际运动的轨迹可能是水平的，并不一定是向上爬坡的。　　③在利用图像法的过程中，要求学生根据实际问题灵活地建立坐标系，确定两个合适的物理量来作出图像。如果坐标轴所代表的物理量选择的不合理，反而不能够简化实验。　　④学生不能够真正的从物理意义上去认识图像，不能够由图像的形

5、状看出物理过程的特征，不能够由截距、斜率、图线所围的面积、两图线交点等有特殊意义的方面看出其中隐含的物理意义。　　我们可以从下列几个方面来探讨图像法在中学物理实验中的应用。　　2．形象直观地反映各物理量之间的关系　　图像能够把抽象复杂的物理规律有选择地、具体地表现出来，形象直观准确的反映物理量之间的关系，学生可以从图像中方便地看出所求的物理量以及从实验中得出的结论，从而揭示物理本质或规律。　　2．1探究功与物体速度的变化关系　　高中课本有探究功和物体速度变化关系这么一个实验。实验过程是这样的：小车在橡皮筋的作用下弹出，沿木块

6、滑行，当我们用2条、3条……同样的橡皮筋进行第2次、第3次……实验中橡皮筋对小车做的功就是第一次的2倍、3倍……如果把第一次实验时橡皮筋的功记为，以后各次的功就是、……橡皮筋做功而使小车获得的速度可以由纸带和打点计时器测出［1］。以橡皮筋对小车做的功为纵坐标，小车获得的速度为横坐标，以第一次实验时的功为单位，作出曲线图（如图所示），我们可以由所做出的曲线图，直接判断出。　　2．2从打点计时器打出的纸带求出加速度　　物体做匀变速直线运动时，其加速度可以直接由图像法确定，根据图线，直线的斜率就是加速度：。根据-图线，直线的斜率为

7、，所以。根据--图线，直线的斜率为，所以（其中总是正整数，可以用圆规直接从纸带上“移”过来。）　　2．3验证牛顿第二定律　　在验证牛顿第二定律时，可以用两种方法来进行：一种是逐次增多拉小车钩码的个数，一种是保持小车和钩码的总质量不变，改变拉小车钩码的个数。从实验中得到的数据作出-图线，很容易由图中的一条直线，得出与的关系：∝。从理论上，实验作出的a-F图线是一条通过原点的直线，可实际实验的结果，并非都是通过原点的直线，而会出现以下两种情况：如图2所示，此直线与纵轴有截距，则表示平衡摩擦力过度了；如图3所示，此直线与横轴有截距

8、，则表示在实验过程中，没有能足够的平衡摩擦力。　　3．简化实验和数据处理的方法　　利用图像法可以让学生较容易的抓住主要矛盾，排除干扰，不被过多的细小问题搞昏了头，在处理数据时不被复杂的数学运算所难倒。　　3．1验证玻—马定律实验　　我们在验证玻—马定律（常量）时，常用的方法是用一根一端封闭