物理教学中图像解析法运用点滴

吴天琴

摘 要： 本文以一道电学物理题为例，利用绘图软件制作U-I图、电路图、局部放大图，把两个抽象的问题运用图像解析法进行展示，甚至突出过程的细节部分，能相对准确地表现图像中的点、线、面、形情景，从而简化问题路径，直击教学目标。

关键词： 物理教学 图像解析法 分析过程

图像解析法由于其直观、形象，使得一些抽象、深奥的物理概念变得简洁明了，在物理课堂教学中易于学生理解。而传统的课堂教学由于受到多媒体技术条件的限制，图像解析多为手绘草图，如电路图、受力图等的绘制，能方便快捷地表达出一些物理概念、甚至是物理规律的内在含义，给学生留下深刻的印象。随着多媒体技术的发展应用，绘图软件品质的提升，更能精确地表达出图像中的点、线、面、形，还可以由一维到二维、三维的动画拟景展示，要静有静，要动有动，需要时反复回放既能加深学生理解，促进记忆，又省时省力。可谓事半功倍，教学有效性不言而喻，同时对教师的多媒体技术的学习掌握提出了更高要求。在此，以物理教学的一道电学题为例，分析研究它的图像解析法的独特效用。

1.题例

题如图1所示，某一半导体器件的U-I图，将该器件与标有“9V，18W”的用电器串联后接入电动势为12V的电源两端，用电器恰能正常工作，此时电源的输出功率是多少W？若将该器件与一个阻值为Ω的电阻串联后接在此电源两端，则该器件消耗的电功率约为多少W？

从题例来说是一种属于实验类的填空题，因为考查的知识点较多，已知条件太少，学生遇到此题时一般无法通过常规的解析法顺利解题，是恒定电流教学中的偏题、怪题。因此，教师在教学过程中，必须引导学生转换思维，另辟蹊径。

2.分析

2.1第一问分析过程

首先，找突破口。用电器（9V，18W）恰能正常工作说明其工作电压、电流和功率均为额定值，由额定功率与额定电压的比值可知通过用电器的电流为2A。这个电流值是流过用电器的正常工作电流，亦是流过半导体器件和电源的当前电流值，是解决第一问的突破口。

其次，简化问题。就是利用图像解析法，看图找电压。从半导体器件的图像趋势可以看出，随着电压电流的增加，半导体器件的电阻随之增加。由于半导体器件与用电器串联，串联电路电流处处相等，流过半导体器件的电流也为2A，观察U-I图像的横坐标和纵坐标，如图2所示，能够轻易地看出横坐标2A处对应的纵坐标电压值为1V，根据欧姆定律R=■，计算得出此时半导体器件的电阻为0.5欧姆。

最后，联想知结构。依据题意将半导体器件（1V，2A）、用电器（9V，18W）和电源（12V，内阻未知）串联构成闭合电路，绘制成半导体与电阻串联电路图，如图4所示。在图4中运用闭合电路欧姆定律和串联电路电压、电流、功率等相关规律计算出电源路端电压U=10V，计算出电源输出功率P=UI=20W，亦能由闭合电路欧姆定律公式E=U+Ir计算出电源内阻为1欧姆，以备后用。

可见，运用图像解析法，将图像有序呈现给学生，识图顺序是在图1中观察横轴纵轴的标度，找到电流2A对应的电压值1V（图2），在图2中做上标记，将图2中的重点读图处即（2A，1V）对应的坐标点放大处理形成局部放大显示图（图3），突出显示引领学生正确思考，攻克计算此题的突破口，即为与用电器串联的且用电器恰好正常工作时半导体器件表现的电压、电流、电阻值。

解题的思维过程通过一幅幅图像衍变，在图像中可以一目了然地感受物理逻辑思维的转移过程，有效地将思维形象化。

2.2第二问分析过程

教师针对第二问精心设计一系列疑问启发学生思考，比如现在将用电器换成了一个阻值为Ω的电阻与半导体器件串联后接在此电源两端，那么此时半导体器件的电阻表现如何呢？半导体器件两端的电压和通过的电流是多少呢？闭合电路欧姆定律公式、功率公式怎样运用呢？学生带着这些疑问思考，在图像法的思维引领下将会出现以下两种解法。

一是等效内阻图像法：

外接电阻有两个，一个是未知电阻的半导体器件，二个是已知阻值Ω的电阻，这两个电阻是串联后接在电源（12V，1Ω）两端，此时如果将已知阻值Ω的电阻归于电源内阻，使得电源内阻变为Ω，而电源电动势不变仍为12V，等效于构建了一个新的电源。然后新的电源与未知的半导体器件构成新的电路，路端电压随电流变化的函数关系式为U=E-Ir，将E=12V和r=Ω代入，很容易确立新电源的路端电压随电流变化的关系式为U=12-I，在图1中绘制出新电源的路端电压与电流的关系图线，为一条向右下方倾斜的直线，如图5所示，两个图像有一个交点，交点的意义在于此时的电源与半导体器件串联时，半导体器件两端的电压、流过的电流和其电阻值。显而易见，从图5中观察图像交点，读出电压为5V，电流为3A，根据功率公式可以计算出半导体器件的电功率为15W。

二是动态求和图像法：

由于外接电阻中一个是已知阻值Ω欧姆的电阻，绘制出这个电阻的U-I图像，如图6所示，与半导体器件的U-I图在同一幅图中，由于串联电流处处相等的关系，应该在图中动态地寻找一个电流值对应的两幅图像的交点即电压值，使得在同一个电流值的前提下将定值电阻、半导体器件和电源内阻两端的电压加起来的总和为电源电动势12V。这种情况下要尝试在横轴上寻找一个电流值，通过图像观察对应的两个电压值，再通过计算相应电流下的内阻上的电压，比较三者之和的情况，可能大于、等于、小于电动势。从中选择等于电动势的那个电流值，从而根据功率公式计算出此种状态下的半导体器件的功率。

教学有法，但无定法。图像教学法只是众多物理教学法的一种。什么时候使用，用得恰到好处，这是物理教学实践中业务素质的长期积淀过程，也是对多媒体技术学习掌握，应用于物理教学能力的考量。作为物理教育教学工作者，在千变万化的物理现象面前，我们要学会抽丝剥茧，善于发现，在发现中获得快乐，在快乐中传授物理知识，在传授物理知识中传递物理文化。