林先鼎

摘   要：物理图象是核心素养的重要载体，从一道高考题谈起，分析教学中如何从物理图象获取信息，还原情境，建立模型;用图象的面积和斜率，分析推理物理过程;对图象变形迁移，处理数据，进行科学思维，解决物理问题，从而在物理图象教学中落实核心素养。

关键词：核心素养;物理图象;教学

图象是非常美丽简洁的物理语言。图象直观反映物理量之间的函数关系，是抽象思维和直观感知高度结合。物理图象有助于物理情境的建立，物理过程的分析，物理問题的解决。因此借助物理图象考查物理知识，能力，素养一直是高考常见的形式。读图，用图，变换图象是借助数学工具，应用物理观念，对信息进行还原建境，抽象归纳建模，推理论证，科学探究的过程，这正是物理核心素养的具体体现。现以一道高考题为例探讨图象教学中物理核心素养的落实。

1  素养立意，寓理于图

例题（2019全国Ι卷21）：在星球M上将一轻弹簧竖直固定在水平桌面上，把物体P轻放在弹簧上端，P由静止向下运动，物体的加速度a与弹簧的压缩量x间的关系如图1实线所示。在另一星球N上用完全相同的弹簧，改用物体Q完成同样的过程，其a-x关系如图1中虚线所示，假设两星球均为质量均匀分布的球体。已知星球M的半径是星球N的3倍，则（ ）

A. M与N的密度相等

B. Q的质量是P的3倍

C. Q下落过程中的最大动能是P的4倍

D. Q下落过程中弹簧的最大压缩量是P的4倍

这是一道物理图象和物理规律深度融合的综合性试题。该题以万有引力定律、牛顿第二定律为知识铺垫，以图象为信息载体，考查学生力与运动、功和能的物理观念，科学思维等物理核心素养。答好本题，学生必须读懂图象，提取信息，在两星球上建立弹簧模型，同时对加速度、动能等基本概念要有深刻理解，最后还要善于利用图象处理数据。

2  读图复境，建立模型

物理图象是通过抽象概括将物理的概念规律通过图中的“点、线、面”加以表达。读图是从图象的元素提取信息的过程。要做到快速准确获取信息，这就要求读者熟练掌握图象各元素所表达的物理意义。用图分析物理问题，可从图象的特殊点入手，明确所处的状态，还原物理问题的原始情境，建立物理模型。

图1反应信息是小球a（加速度）随x（形变量）的变化关系。分析a-x图象的纵轴截距物理意义可得，即x=0时小球刚接触弹簧状态，不受弹力，a=g'即gp=3a0，gQ=a0。分析横轴截距物理意义可得，a=0，即合外力为零时，压缩量分别为x0，2x0。由此可得小球在各个状态位置如图2，小球受力，加速度，速度，动能在相应状态下的特征值如表1。

探讨：  二维坐标物理图象教学，首先要明确纵轴（因变量）和横轴（自变量）所代表的物理量和单位，这样才能分析本图所要表达哪些物理量间的数学关系及所要表达物理量间的变化规律。接着关注截距，交点，拐点，折点，最值等特殊点的物理意义，明确研究对象的状态，从高度概括的图象信息中恢复研究对象所处的具体物理情境，建立模型，从而展开物理问题的分析。图象教学既要训练从物理的情景到图象抽象作图过程，也要训练从图象的特殊值还原到物理对象具体情境的建模过程。这样学生在读图解决问题时才可能在图象抽象和情境还原中迅速切换，达到提取信息，处理信息的目的。

3  识线知面，科学推理

物理的概念具有进阶的特点，一些新的物理量可由旧的物理量相比或相乘而得到，在二维的坐标轴上表现为线的斜率，或图象所围的面积。一些物理的过程也可借助图象的斜率和面积加以展示。如追赶问题中的两对象的空间距离表现在v-t 图象为面积的差值。这就要求读图者能从物理观念的角度看待图象的斜率和面积关联的物理量，进行推理论证，分析问题，从而培养学生严谨的逻辑思维。

4  变图迁移，推陈出新

将一些物理图象横轴或纵轴放大和缩小，或者数学上幂级数的处理，从而得到新的图象。而这些新图象的斜率面积产生新关联的物理量又有新的物理意义，将原来的物理方法顺应迁移，给解决物理问题带来新的途径，从而培养学生创新思维。

将图1纵轴放大M倍，变为Ma-x图象，即为F合-x图象。F合为线性变力，通过微元化变为恒力，再累加，得F合-x图象，其总面积为F合做的总功。据动能定理得合外力做的总功即为动能变化量，而初动能为零，所以总功的大小为末动能大小。a为正，Ma为正，F合做正功，动能增加。a为负，Ma为负，F合做负功，动能减少。a=0时速度最大，为动能最值的状态。所以x0，2x0位置是P和Q最大动能位置。如图3，P、Q的Ma-x图象在x轴上方的 “面积”之比为1∶4，所以Q下落过程中的最大动能是P的4倍，C选项正确[ 2 ]。进一步分析可得，当运动至最低点时，动能为零，从开始运动到最低点，图象所包围的总“面积”为零。即x轴上、下方“面积”大小相等，符号相反。由对称性得出xp=2x0，xQ=4x0，则Q下落过程中，弹簧最大压缩量是P物体最大压缩量的2倍，所以D错误[ 2 ]。

总之，在物理图象教学中落实核心素养要做好三个方面：一读图复境;能从物理图象元素中快速有效的提取信息，恢复情境，建立模型，展开分析;二用图推理：能从图象的斜率，面积，结合物理公式找到物理量关系，建立物理过程，进行分析推理论证;三作图解疑：善于在真实的物理情境中做出物理图象或变形图象，厘清过程，处理数据，解决物理问题，最终达到图以致用促进核心素养落实的教学目的。

参考文献：

[1]韩玉超，王均英. 物理解题中隐含条件的挖掘—— 以2019年高考全国Ⅰ卷、Ⅱ卷、Ⅲ卷选择题为例[J].物理通报，2020（3）.

[2]姬大楠，王飞. 一道高考物理题的多角度解析及启示[J].物理之友，2020（3）：38-39.