巧用v-t图像深化加速度概念

巧用v-t图像深化加速度概念

吴娃

阳江市第三中学       529500 

摘要：高一学生在学习加速度概念后对于加速度的理解还是不够透彻，而新教材在这节课安排了“v-t图像中的加速度表示”。笔者对新教材进行二次开发利用v-t图像巧设问题既能深化加速度的理解，也可以提高学生“图像——文字”思维互换能力。

关键词：加速度  v-t图像

加速度是高中物理的核心概念，是联系力和运动的一个关键物理量，也是学习整个高中物理的基础。在教学实践中发现，学生对于加速度的理解和应用存在很大困难。主要体现在三个方面：一、加速度描述的运动本质属性理解不到位；二、加速度和速度变化的大小（∆v）关系理解不透彻；三、加速度与速度大小的变化（加速或是减速）理解不到位。找出造成学生加速度理解困难的原因，尝试从多角度多层面深化加速度的理解是教学中需要解决的一大问题。图像作为描述运动的一种物理方式，其最大的特点是形象直观。粤教版新教材在加速度这节课中安排“v-t图像中的加速度表示”这部分内容，其意图也是很明显的：达到从v-t图像中认识加速度的目标，体会数理结合的魅力；同时培养学生利用图像描述物理现象的思维能力，提升学生运用图像分析物理问题、解决物理问题的能力。因此笔者在对原有教材进行开发时，尝试从v-t图像出发再次深化加速度概念，解决学生在完成加速度概念学习之后依然存在理解困难这一大问题。

在学习v-t图像中用斜率表示加速度后，巧用v-t图像巧设一些问题抛给学生讨论与交流。引导学生结合v-t图像进行讨论与交流，达到自主深化加速度的概念理解，这也有利于提高学生“文字——图像”和“图像——文字”思维转换能力。下面是关于用v-t图像深化加速度理解的课堂设计。

一、v-t图像深化加速度本质属性

如图所示v-t图像，表示质点的运动情况。

讨论交流完成下列问题：

（1）质点运动过程哪段时间的速度最大，这段时间内加速度为多少？

（2）0~2s时，质点的加速度_______；4~6s时，质点的加速度是_______；它们的加速度相等吗？为什么？

从上述问题（1）的讨论与交流中，学生可以自主进一步认识到，加速度是表述速度变化快慢的物理量，与速度本身的大小无直接关系。若速度很大，但是速度没有变化，加速度便是0。从问题（2）讨论中，学生可以深化加速度的矢量性，并深度理解v-t图像中斜率的数值表示加速度的大小，斜率的正负表示加速度的方向。从问题（2）的讨论中，学生还能认识到加速度的比值定义的意义，加速度的大小与速度的大小没有直接的必然联系。

二、v-t图像深化加速度与速度变化量的关系

加速度是速度的变化率，这和速度变化量的概念是不一样的。但是学生在的过程中总是容易混淆。这既有文字表达的相似性造成信息正确提取的干扰，也有学生本身对物理量变化大小和物理量变化快慢的意义理解不到位的原因。图像的直观形象是有助于解决学生这些困惑的。

如图所示v-t图像，曲线表示质点的运动情况。根据图像，完成下列问题：

（1）0~2s内，速度的变化量为_______，加速度为_______;

（2）0~4s内，速度的变化量为_______，加速度为_______。

结合图像，学生通过完成这两个简单的小问题能恍然大悟：速度的变化量与加速度真的没有直接联系。速度的变化量是。同时在教师引导下认识到物理中某个量的变化量都是这个量末初状态的差值。比如位移是位置的变化量:。变化量的大小就是该物理量末初状态差值的大小。另外，v-t图像中曲线1还可以直观看到随着时间的增加，速度的变化量增大，但是加速度（图像中的斜率）不变。可以再次深化学生对于加速度的比值定义法的理解。

三、v-t图像深化加速度与速度大小变化的关系

在判断直线运动的物体是做加速运动还是减速运动，学生总是习惯性地误以为加速度的大小变化影响物体速度的大小变化。实质上是加速度和速度的方向是否一致影响速度大小的变化。这个疑惑可以巧用下面v-t图像直观解决。

如图所示v-t图像，给出的曲线是某质点直线的运动情况，讨论交流完成下列问题，并判断物体是做加速运动还是减速运动:

（1）0~1s内，速度的方向为______,加速度的方向为________，物体做_________运动。

（2）1~2s内，速度的方向为______,加速度的方向为_________，物体做_________运动。

（3）2~3s内，速度的方向为______,加速度的方向为_________，物体做_________运动。

（4）3~4s内，速度的方向为______,加速度的方向为_________，物体做_________运动。

结合图像，经过这些问题的讨论与交流，学生可以直观明确：v和a的方向相同时，物体做加速运动；v和a的方向相反时，物体做减速运动。

另外通过下图让学生深化加速度的大小体现的是速度增加（或减少）得更慢或更快。

四、监测v-t图像深化加速度概念理解的效果

为了监测学生对于加速度的理解情况，培养学生“文字——图像”思维转换能力。在巧用v-t图像深化加速度的理解后，设置几个文字题目即时检测学生的理解程度是很有必要的。新教材在课后练习设置的题目正是从各方面考查了学生对加速度的理解。笔者整合新教材的课后资源，结合课堂的需要，设置了下面3个文字题，并要求学生通过自己画出对应的v-t图例子进行说明。

1.磁悬浮列车的最高速度可达430km/h，所以它的加速度一定很大，这一说法对吗？为什么？尝试画v-t图像进行举例说明。

2.运载火箭在点火的极短时间内，速度的变化是很小的，那么它的加速度一定很小吗？尝试画v-t图像解释一下。

3.苏炳添在奥运会上百米赛跑中，他从起跑到正常奔跑的过程中，加速度逐渐减小直至减小到零，速度如何变化，请画出大概的v-t图像。

通过课堂即时检测，掌握学生对加速度的理解程度，了解学生运用v-t图像解决文字问题的能力状况，发现学生运用v-t图像深化加速度的含义、理解加速度与速度大小并无直接关系、理解加速度大小与速度变化量大小也无直接关系都会比直接用文字表达更容易些。

运动的描述这一章作为高中物理的开篇，是整个高中物理的基础。加速度作为运动描述中最重要的概念，其理解是否到位直接影响到学生整个高中物理的学习状态。因此深化加速度的概念，培养学生从多层次多角度理解加速度这在教学实践中非常有意义。巧用v-t图像深化加速度概念，是在落实物理核心素养培养的基础下的一次教学实践，分享出来希望同行给予更多的指导和建议。

参考文献：

[1]文造林. 对高中物理图像的理解及其应用[J]. 中学物理教学参考, 2016(2):1.

[2]魏明逊. 图象所围面积的应用探讨[J]. 中学物理教学参考, 2007, 36(4):

[3]冯志芳. 高中学生对运动学图像理解的研究[J]. 教学与管理：理论版, 2005(1):2.

[4]徐海菊. 一图抵千言——图像在高中物理教学中的作用例析[J]. 物理教师, 2014(4):2.