吳天琴

摘 要： 本文以一道電學物理題為例，利用繪圖軟件制作U-I圖、電路圖、局部放大圖，把兩個抽象的問題運用圖像解析法進行展示，甚至突出過程的細節(jié)部分，能相對準確地表現(xiàn)圖像中的點、線、面、形情景，從而簡化問題路徑，直擊教學目標。

關鍵詞： 物理教學 圖像解析法 分析過程

圖像解析法由于其直觀、形象，使得一些抽象、深奧的物理概念變得簡潔明了，在物理課堂教學中易于學生理解。而傳統(tǒng)的課堂教學由于受到多媒體技術條件的限制，圖像解析多為手繪草圖，如電路圖、受力圖等的繪制，能方便快捷地表達出一些物理概念、甚至是物理規(guī)律的內在含義，給學生留下深刻的印象。隨著多媒體技術的發(fā)展應用，繪圖軟件品質的提升，更能精確地表達出圖像中的點、線、面、形，還可以由一維到二維、三維的動畫擬景展示，要靜有靜，要動有動，需要時反復回放既能加深學生理解，促進記憶，又省時省力?？芍^事半功倍，教學有效性不言而喻，同時對教師的多媒體技術的學習掌握提出了更高要求。在此，以物理教學的一道電學題為例，分析研究它的圖像解析法的獨特效用。

1.題例

題如圖1所示，某一半導體器件的U-I圖，將該器件與標有“9V，18W”的用電器串聯(lián)后接入電動勢為12V的電源兩端，用電器恰能正常工作，此時電源的輸出功率是多少W？若將該器件與一個阻值為Ω的電阻串聯(lián)后接在此電源兩端，則該器件消耗的電功率約為多少W？

從題例來說是一種屬于實驗類的填空題，因為考查的知識點較多，已知條件太少，學生遇到此題時一般無法通過常規(guī)的解析法順利解題，是恒定電流教學中的偏題、怪題。因此，教師在教學過程中，必須引導學生轉換思維，另辟蹊徑。

2.分析

2.1第一問分析過程

首先，找突破口。用電器（9V，18W）恰能正常工作說明其工作電壓、電流和功率均為額定值，由額定功率與額定電壓的比值可知通過用電器的電流為2A。這個電流值是流過用電器的正常工作電流，亦是流過半導體器件和電源的當前電流值，是解決第一問的突破口。

其次，簡化問題。就是利用圖像解析法，看圖找電壓。從半導體器件的圖像趨勢可以看出，隨著電壓電流的增加，半導體器件的電阻隨之增加。由于半導體器件與用電器串聯(lián)，串聯(lián)電路電流處處相等，流過半導體器件的電流也為2A，觀察U-I圖像的橫坐標和縱坐標，如圖2所示，能夠輕易地看出橫坐標2A處對應的縱坐標電壓值為1V，根據(jù)歐姆定律R=■，計算得出此時半導體器件的電阻為0.5歐姆。

最后，聯(lián)想知結構。依據(jù)題意將半導體器件（1V，2A）、用電器（9V，18W）和電源（12V，內阻未知）串聯(lián)構成閉合電路，繪制成半導體與電阻串聯(lián)電路圖，如圖4所示。在圖4中運用閉合電路歐姆定律和串聯(lián)電路電壓、電流、功率等相關規(guī)律計算出電源路端電壓U=10V，計算出電源輸出功率P=UI=20W，亦能由閉合電路歐姆定律公式E=U+Ir計算出電源內阻為1歐姆，以備后用。

可見，運用圖像解析法，將圖像有序呈現(xiàn)給學生，識圖順序是在圖1中觀察橫軸縱軸的標度，找到電流2A對應的電壓值1V（圖2），在圖2中做上標記，將圖2中的重點讀圖處即（2A，1V）對應的坐標點放大處理形成局部放大顯示圖（圖3），突出顯示引領學生正確思考，攻克計算此題的突破口，即為與用電器串聯(lián)的且用電器恰好正常工作時半導體器件表現(xiàn)的電壓、電流、電阻值。

解題的思維過程通過一幅幅圖像衍變，在圖像中可以一目了然地感受物理邏輯思維的轉移過程，有效地將思維形象化。

2.2第二問分析過程

教師針對第二問精心設計一系列疑問啟發(fā)學生思考，比如現(xiàn)在將用電器換成了一個阻值為Ω的電阻與半導體器件串聯(lián)后接在此電源兩端，那么此時半導體器件的電阻表現(xiàn)如何呢？半導體器件兩端的電壓和通過的電流是多少呢？閉合電路歐姆定律公式、功率公式怎樣運用呢？學生帶著這些疑問思考，在圖像法的思維引領下將會出現(xiàn)以下兩種解法。

一是等效內阻圖像法：

外接電阻有兩個，一個是未知電阻的半導體器件，二個是已知阻值Ω的電阻，這兩個電阻是串聯(lián)后接在電源（12V，1Ω）兩端，此時如果將已知阻值Ω的電阻歸于電源內阻，使得電源內阻變?yōu)棣?，而電源電動勢不變仍?2V，等效于構建了一個新的電源。然后新的電源與未知的半導體器件構成新的電路，路端電壓隨電流變化的函數(shù)關系式為U=E-Ir，將E=12V和r=Ω代入，很容易確立新電源的路端電壓隨電流變化的關系式為U=12-I，在圖1中繪制出新電源的路端電壓與電流的關系圖線，為一條向右下方傾斜的直線，如圖5所示，兩個圖像有一個交點，交點的意義在于此時的電源與半導體器件串聯(lián)時，半導體器件兩端的電壓、流過的電流和其電阻值。顯而易見，從圖5中觀察圖像交點，讀出電壓為5V，電流為3A，根據(jù)功率公式可以計算出半導體器件的電功率為15W。

二是動態(tài)求和圖像法：

由于外接電阻中一個是已知阻值Ω歐姆的電阻，繪制出這個電阻的U-I圖像，如圖6所示，與半導體器件的U-I圖在同一幅圖中，由于串聯(lián)電流處處相等的關系，應該在圖中動態(tài)地尋找一個電流值對應的兩幅圖像的交點即電壓值，使得在同一個電流值的前提下將定值電阻、半導體器件和電源內阻兩端的電壓加起來的總和為電源電動勢12V。這種情況下要嘗試在橫軸上尋找一個電流值，通過圖像觀察對應的兩個電壓值，再通過計算相應電流下的內阻上的電壓，比較三者之和的情況，可能大于、等于、小于電動勢。從中選擇等于電動勢的那個電流值，從而根據(jù)功率公式計算出此種狀態(tài)下的半導體器件的功率。

教學有法，但無定法。圖像教學法只是眾多物理教學法的一種。什么時候使用，用得恰到好處，這是物理教學實踐中業(yè)務素質的長期積淀過程，也是對多媒體技術學習掌握，應用于物理教學能力的考量。作為物理教育教學工作者，在千變萬化的物理現(xiàn)象面前，我們要學會抽絲剝繭，善于發(fā)現(xiàn)，在發(fā)現(xiàn)中獲得快樂，在快樂中傳授物理知識，在傳授物理知識中傳遞物理文化。