函数图像在初中物理中的应用

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  函数图像由于其自身直观、具体、形象等特点,非常适宜用来表达复杂而抽象的物理规律和原理.函数图像是反应两个或多个变量之间的数量关系,能够进行定性分析和定量计算,应用在物理上是有助于学生掌握和理解物理规律原理,用函数图像来解决一些物理问题也使问题变得简单化,减少了大量不必要的计算量.
  在初中物理教学大纲中也明确提出:“要求学生会用实验数学作出函数图像,进行分析研究内在规律.”在苏科版初中物理教材中,也有许多物理规律和原理是用函数图像来表达的,比如:质量和重力的关系、电流和电阻电压的规律,以及水的物态变化过程等.而在各地的中考试题中,也时常看到有函数图像的影子.因此,作为初中物理教师,必须重视函数图像在教学中的应用.接下来,笔者将从多方面来阐述函数图像在初中物理中的应用,供各位同仁参考和借鉴.
  一、用函数图像表达物理变化过程
  函数图像可以直观地表达各种变化的过程,能形象地反应出其变化趋势和规律,这有助于学生深入理解物理规律和原理,形成长期记忆,避免了死记硬背.同时,阅读函数图像的过程,也是考查学生提取信息的能力的过程,有利于学生观察能力的发展.
  例如,在学习苏科版初中物理八年级第二章《物态变化》,关于海波熔化的过程图像,如图1所示.
  通过图像可以看出,海波在吸热熔化,在BC段海波不断吸热,但温度却维持在50℃,说明海波是晶体,其熔点是50℃.经过4min熔化后,海波变成液态,温度继续上升.在教学过程中,只需教会学生看懂图,就能掌握晶体熔化的规律,比起生硬的文字更容易记忆和理解.
  二、用函数图像表达物理量之间的联系
  在函数图像中,当三个变量中有一个变量保持不变,从函数图像就可以看出另外两个变量的数量关系,成正比或者成反比或者不成比例.在物理中,经常涉及两个物理量之间的变化关系,反应在图像上就是线性关系.在看函数图像时,需要注意的是,一定要看清楚各坐标轴代表的是什么物理量及其单位,避免影响计算.
  例如,在学习苏科版初中物理九年级第十四章《欧姆定律》时,在电阻不变,研究电流和电压的关系,将实验数据在函数图像上表示出来,如图2所示.
  在图像中可以看出,电阻A和B保持不变的情况下,电流随着电压的增大而线性增大,说明电流和电压成正比关系,并且保持比值不变,从图像易得RA=5Ω,RB=10Ω.因此,可以得出结论:电阻一定时,电流和电压成正比.也可以得出:电阻一定时,电流比等于电压比,即I1I2=U1U2.学生掌握这种函数图像表达后,同样可以应用到速度和路程的关系、同一种物质的质量和体积的关系、受力面积和压强的关系等,这样便可以举一反三,一通百通,灵活运用函数图像.
  三、用函数图像确定范围,快速解题
  函数图像在物理上的应用除了可以形象地表达物理规律和原理,还可以应用在解题上.因为函数图像用线条和点直观地反应了变量之间的关系,能起到化繁为简,跳过复杂的计算过程,快速确定范围,找出答案,在选择题中有非常广大的应用领域.
  例如,在学习苏科版九年级物理第十四章《欧姆定律》时,课后练习的一个变形题:
  R1,R2为两个阻值不同的电阻,它们的I\|U图像如图3所示.
  设R串为两电阻串联时的总电阻,R并为并联时的总电阻,则R串,R并分别在图像中的哪个区域内?
  题目给的是I\|U图像,是根据I=U[]R得出的函数图像,在图像中,电阻一定时,电流和电压成正比.也可推出,电压一定时,电流和电阻成反比.可以在图像中作垂直于横轴的直线,交横轴于U1点,交R1和R2的交点对应的电流为I1、I2.在图像中,I2明显大于I1,根据反比规律可知,R1大于R2.所以在图像中,越靠近横轴的区域电阻越大,既区域Ⅰ电阻值大于区域Ⅱ、大于区域Ⅲ.通过串并联电路的电阻规律可知,R串等于两电阻之和,R并小于任意电阻.因此,可以确定,R串在区域Ⅰ,R并在区域Ⅲ.这道题在考场中无需通过任何计算即可根据图像快速得到正确答案,提高学生做题速度.
  四、用函数图像来推导规律
  在探究物理规律的过程中,对实验数据进行分析是推导出物理规律的重要手段之一,而用函数图像则可以更方便,准确地分析实验数据,并由此推导出实验结论.
  例如,在学习苏科版初中物理八年级第八章《力》时,质量和重力的关系需要我们经过实验来推导出它们之间的关系.在实验过程中,随着我们不断改变砝码的数量,弹簧测力计的读数不断随之改变.每一次添加砝码,我们就读出测力计的数据,并记录在表格(图4)中,如表1.
  得到这些数据后,我们并不能直接推导出质量和重力之间的关系,因为这些数据仅仅代表一个点.但是我们把数据用函数图像表达出来,并将它们连成一条直线,这样就可以推导出物体受到的重力和其本身质量成正比关系,从而得出G=mg.
  总的来说,函数图像在初中物理应用的重要性已经越来越突出.函数图像不仅是一种非常好的表达物理规律的方式,也是一种非常有效的解题方法,值得物理教师继续深入研究它的应用,来提高学生的学习效率,培养其综合能力.
  作者单位:江苏省江阴市新桥中学
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