【画物理示意图】物理示意图怎么画
时间：2019-02-02 03:20:04 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要：物理示意图能帮助学生建立清晰有序的物理过程，更易确立物理量之间的关系。通过画图使学生在形象思维的平台上进行逻辑思维，从而有助于学生解决物理习题。本文从理论和专家研究论证了这一点，再通过例证分析说明画物理示意图是分析物理习题的有效手段。
关键词：示意图；认知规律；形象思维；逻辑思维；抽象思维
中图分类号：G633.7 文献标识码：A文章编号：1003-6148(2008)4(S)-00２４-3
画物理示意图是分析物理问题的重要手段，它能建立清晰有序的物理过程，确立物理量间的关系，把问题具体化、形象化。示意图可以是运动过程图、受力分析图、状态变化图等，也可以是投影法、等效法得到的示意图。示意图画好了，物理过程也就清楚了，思路也清晰了，为正确建立逻辑思考搭建了平台。更为重要的是示意图画好的同时也就确立了相关的几何图形，利用几何图形，运用数学知识（数形结合）帮助我们解决问题，这一点对我们来说至关重要。
1 画物理示意图有助于解决物理习题�
1．1 符合认知规律�
物理习题的呈现大多是以语言文字描述的方式为主，学生读题时要将题目所呈现的文字信息进行表象，由于信息量大，学生的工作记忆负荷重。现代认知心理学认为一个人的工作记忆容量是有限的，一般为7±2个组块。特别是对综合性强、过程较为复杂的题，如何将题中的信息按时间和空间的顺序呈现、以及理清物理量间的关系，是一件不容易的事。若能从题目的文字描述中想象出实际的情景，并学会将情景用示意图描绘出来，可减轻大脑的工作记忆负荷，也使问题变得形象化、具体化、逻辑顺序化，对整个物理问题的解决往往起到事半功倍的效果。�
1．2 物理思维的特征要求：抽象与形象的统一�
物理思维是抽象与形象的高度统一。物理思维一般首先需要形象思维来寻求解决问题的方向和策略，然后再通过抽象思维来解决，这正是物理思维的基本特征。�
钱学森教授说过，人认识客观世界首先用形象思维，而不是用抽象思维。就是说，人类思维的发展是从具体到抽象。在物理学发展史上，电磁理论的建立是由法拉弟奠基，而后由麦克斯韦完成。从物理思维的角度看，它是从形象思维开始（场线的思想）到抽象思维（麦克斯韦方程）完成，体现了物理形象思维与物理抽象思维的完美结合。在物理习题处理中，若能做到根据题意画好示意图，使物理形象思维与物理抽象思维的结合成为可能，从而更有利于习题的处理。�
1．3 在形象思维的平台上进行逻辑思维�
我们知道人类大脑在进行思维时是分工进行的，左脑主管逻辑思维，右脑主管形象思维。左、右脑结合才能发挥学生的聪明才智。诺贝尔奖金获得者、物理学家汤川秀树说：“不管我们从日常生活的世界走开多远，抽象也不能通过它本身起作用，而是必须伴之以直觉或想象。”想象记录下来不就是画图吗？�
审题时画情景图，如受力分析画受力图，电路分析画电路图，原子跃迁画能级图等。物理规律当中有相当多的物理规律是用图像表示出来的，例如简谐运动的规律、机械波的规律等。借助示意图更能帮助我们进行逻辑思维，有助于问题的解决。�
1．4 专家的实验研究［1］�
乔际平等专家在上世纪90年代初研究物理示意图对学生的正答率的影响。研究发现学生在解题中对于题目所给图形的依赖性是很强的。一个班的同学，在回答纯文字叙述的题目：��
“走绳索的杂技演员在走到绳索中点时，使水平的绳索下垂θ角，问绳上的张力应是演员体重的多少倍”时，有42%的同学做错。绝大数学生错误原因是：未能正确画出如图1所示的示意图。而当在原题中增加了这个示意图之后，结果只有大约10%的同学做错。实验得出：习题原题中语言文字加示意图的描述方式，比纯语言文字的描述方式对学生所给予的帮助要大得多。这也反映物理示意图对学生的帮助不可低估。�
2 实例分析�
例1 一列长100�m�的队伍在匀速前进，队尾的通讯员接到命令，立即快步匀速赶到队前，然后又以同样的速率返回到队尾时，整个队伍已前进了100�m�的路程，这一过程中，通讯员走的位移大小是多少�m�？路程是多少�m�？�
解析 解决上述问题，若根据文字信息直接通过逻辑思维来列方程求解，对学生的要求非常高，很多学生列不出求解的方程（特别是第二小问题）；若根据题意画出如图2所示的情景图（用长条形表示队伍），由情景图易知通讯员的位移大小为100�m�，再列方程求路程也就不难了。��
设通讯员的速率为v�1，队伍前进的速率为v�2，当通讯员赶到队伍的前头时，队伍前进的距离为L�1，队伍长L。根据情景图得：�
L+L�1L�1=v�1v�2，�
L�1L-L�1=v�1v�2。�
解方程组得： L�1=22L。�
所以通讯员通过的路程为�
s=2L�1+L=241.4�m�。�
例2 （2004年全国理科综合卷第25题）一小圆盘静止在桌布上，位于一方桌的水平桌面的中央。桌布的一边与桌的AB边重合，如图3所示。已知盘与桌布间的动摩擦因数为μ�1，盘与桌面间的动摩擦因数为μ�2。现突然以恒定加速度a将桌布抽离桌面，加速度的方向是水平的且垂直于AB边。若圆盘最后未从桌面掉下，则加速度a满足的条件是什么？（以g表示重力加速度）��
解析 此题描述的物理量多且关系复杂，涉及多个物体、多个过程的运动，解决的关键是要让学生创设抽桌布时盘子滑动的情景，并画出各阶段情景的示意图，从中确定各位置的关系如图4所示。若成功的画出示意图，物理量间的关系就较易列出，接下来只是数学运算的问题。���
设抽桌布的加速度为a，盘子在桌布上滑动的加速度为a�1，时间为t�1；盘子在桌面上滑动的加速度为a�2，则s�1=12a�1t�1�2，s=12at�2�1，s�2=(a�1t�1)�2/2a�2，a�1=μ�1g，a�2=μ�2g，�
由示意图4知：s-s�1=L2，�
盘子不掉下来的条件是s�1+s�2≤L2。�
解以上方程和不等式得：a≥μ�1+2μ�2μ�2μ�1g。�
例3 如图5所示，空间分布着图示的匀强电场E（宽度为L）和匀强磁场B，一带电粒子质量为m，电荷量为q（不计重力），从A点由静止释放后经电场加速后进入磁场，穿过中间磁场进入右边磁场后能按某一路径再返回A点而重复前述过程。求中间磁场的宽度d和粒子的运动周期。（虚线为磁场分界线）�
解析 带电粒子先经加速电场使粒子由静止获得一定动能，然后垂直进入偏转磁场向下编转，出磁场后在方向相反的磁场中做圆周运动，再次回到磁场中，由对称性，粒子将在磁场中向上偏转，变成水平方向，最后在加速电场中减速回到出发点，以后周期性地重复前述运动过程。�
解决此题的关键是画出带电粒子在电磁中运动的轨迹示意图，如图6所示。由示意图易知d与半径的关系及周期的计算，此处不再详解。�
3 反思�
笔者在教学中对学生的物理试卷进行统计分析发现，失分的重要原因之一就是没有画出必要的分析图。如：有的考生在解答电子在电场或磁场中的运动时，没有正确画出电子的运动轨迹，因而找不到关于轨道半径的几何关系；有的考生画不出正确的受力图，在随后的平衡方程或动力学方程就出错了；还有对平抛运动求落地时速度方向与竖直方向的夹角θ的正切为多少，有相当多的学生只背书上的公式�tan�θ=v�yv�x（上式中的θ是速度方向与水平方向间的夹角），学生能画出平抛的轨迹示意图，对速度进行分解，就易知所求的是哪个角了。类似由于没画示意图导致的错误还有很多，此处不再枚举。�
根据题目的文字描述画出相关的图景，本身就体现出学生创设物理情景的能力，这正是我们物理教学所要达到的目标之一。为了减少学生对直观原始图形的依赖，提高学生将语言文字转化为物理示意图的形象化和概括化水平，对高中学生，应有意识地减少或去掉交给他们的习题中的原始图形，改用纯文字叙述，这样可使学生增强空间想象的自觉性，使空间想象能力有充分锻炼的机会，有利于训练学生根据题意画出草图的能力。我们平时的习题训练如果把图景配齐，这反而不利于学生能力的培养，不利于学生养成画示意图分析物理习题的习惯！�
参考文献：�
［1］乔际平等著．中学物理习题教学研究．北京：北京师范大学出版社，1993�
［2］徐火常．破题方法研究．物理教学探讨，2006(8)
(栏目编辑黄懋恩)
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。
本文为全文原貌 未安装PDF浏览器用户请先下载安装 原版全文
