应用几何画板辅助高中物理教学例析

应用几何画板辅助高中物理教学例析

钱丽娟浙江省嘉善第二高级中学

摘要：实施现代信息技术辅助高中物理教学离不开教学软件的应用。本文结合一些几何画板的制作实例，主要从构建物理模型、绘制物理图象、展现物理过程、探索物理规律四方面阐述了几何画板在高中物理教学中的应用，以期引起一些物理教师对几何画板的关注，更好的发挥几何画板在高中物理教学中的作用。

关键词：几何画板应用高中物理教学实例

在实施现代信息技术辅助高中物理教学的过程中，必将应用几款教学软件，如Powerpoint、Flash等。Powerpoint因其制作方便、简单，受到许多教师的青睐，使用率极高，但因其不是专业的制作软件，在动画制作等方面不能很好的满足要求。Flash不仅可以制作出各种精美的动画，而且具有很强的交互性，可以满足各种要求，但制作过程复杂，令许多教师望而生畏，知难而退。几何画板看似一款数学学科专用软件，其实也很适合物理学科。该软件不仅功能强大，而且制作简单，物理教师只要对该软件初步熟悉后，就可以轻松设计出各种极具交互性的物理积件，用于高中物理教学的各个方面。下面，笔者结合一些几何画板 5.0最强中文版的制作实例，阐明几何画板在高中物理教学中的应用。

一、构建物理模型

物理模型是运用物理学知识通过对现实问题进行描述、抽象而构建。构建物理模型是一种研究问题的科学的思维方法。物理模型的构建是物理学习的重要基础，有利于学生正确地看待物理问题并降低理解的难度。整个高中物理教学的过程需要构建一系列的物理模型，学生对物理模型是否掌握到位会直接影响到教学的效果。

例如：在执教《波的形成和传播》时，我们需要建立一个绳波的模型，将绳子看成一个个的质点，各质点振动形成波形。在教学时如果有一个动态的绳波模型，对教学将有很好的促进作用。下面，应用几何画板制作绳波模型。

①用直尺工具绘制一条水平直线，显示标签为j，线上两点显示标签为A、B。

②用直尺工具在空白处绘制一段线段，显示标签为k，选中点A和线段k，选择菜单【构造】→【以圆心和半径作圆】，显示标签为c1。

③选择菜单【数据】→【新建参数】，出现对话框，如图1，将其中的名称改为n，数值改为16，此处的数值图1

越大，波形效果越好。选择菜单【数据】→【计算】，出现对话框，如图2，输入计算式，输入n 时只要点击窗口中的参数n 即可。

④用点工具在圆c 1上绘制一点，显示标签为C ，选

中点C ，双击点A ，选择菜单【变换】→【旋转】，出现

对话框，点击窗口中的角度计算式，如图3，单击旋转按

钮，圆c 1上出现一点，显示标签为C ′；再选中点C ′

和点A ，选择菜单【变换】→【旋转】，出现对话框，单击旋转按钮，圆c 1上又出现一点，显示标签为C ″；重

复划线操作，圆c 1上出现其余各点，共计16点。

⑤用点工具在直线j 上绘制一点，显示标签为D ，用直尺工具在空白处绘制一段较短线段，显示标签为l ，选中线段l 的两个端点，选择菜单【变换】→【标记向量】，选中点D ，选择菜单【变换】→【平移】，出现对话框，单击平移按钮，如图4，直线j 上出现一点，重复划线操作，直线j 上出现其余各点，共需17点，如图5。 ⑥选中直线j 和j 上第⑤步中绘制的17点，选择菜单【构造】→【垂线】；选中其中一条垂线和圆c 1上各点，选择菜单【构造】→【垂线】；如图6点击各垂线的相交处，构造交点。

⑦选中点C ，选择菜单【编辑】→【操作类按钮】→【动画】，出现对话框，修改标签为“开始演示”。

⑧选中不需要的对象，选择菜单【显示】→【隐藏对象】，双击直线j 的标签进行修改，如图7

，同样修改其它标签，最后调整各对象的位置，并用文字工具

图

2

图

3 图

4 图

5

图

6 图 7

在画板窗口中加上标题，最终结果如

图8。

二、绘制物理图象

图象的应用在物理教学中举足

轻重，它是探索物理规律的一种方

法，是研究物理问题的一种手段，具有简洁、明了、直观等优点，很多棘手的物理问题的解决都有赖与图象的应用。利用几何画板的函数功能，可以绘制具有多个可控变量的物理图象。

例如：在电学设计实验中，当滑动变阻器用做分压式连接时，有关滑动变阻器的选择问题，教师一直强调在能够保障电路安全的情况下，选择的滑动变阻器总阻值越小越好，理由是滑动变阻器的总阻值越小调节时负载上的电压越是成线性变化。这一点要让学生凭空理解有很大的困难，用纯粹的数学推导证明又太复杂，在此，可以借助几何画板绘制负载电压随滑动变阻器滑动而变化的图象。

（一）理论推导

如图9，设电源电动势为E ，内阻不计，滑动变阻器总阻值为R 0，负载电阻阻值为R ，调节滑动变阻器时ap 部分阻值为x ，则负载电压U 为

000()()Rx

ERx R x

U E Rx

R R x R x R x R x +==+-+-+ （二）积件制作

1、设定物理量

①用直尺工具绘制一条水平直线，再在水平直线上绘制一段线段。

②选中线段的两个端点，选择菜单【度量】→【坐标距离】，出现度量值AB ，选中度量值AB ，选择菜单【编辑】→【属性】，出现度量值对话框，将标签设为E 。

③用文字工具在画板窗口中拉出一个文本框，再单击度量值E ，文本框中出现E 中的数值，再编辑文本可设定电动势E ，线段

AB 的长短就表示电动势E 的大小。

④用同样的方法设定滑动变阻器R 0的总阻值、

负载电阻R 的阻值，如图10。

图

8 图

9

图 10

2、编辑表达式和比例式

①选择菜单【数据】→【新建函数】，输入表达式（输入E 等变量时只需点击相应数值即可），如图11。

②选中表达式，选择菜单【编辑】→【属性】，将对话框中的标签设为U 。 ③选择菜单【数据】→【计算】，输入比例式，如图12。

3、绘制图象

①选中表达式，选择菜单【绘图】→【绘制函数】，出现函数图象。

②选中函数图象，选择菜单【编辑】→【属性】，出对话框，修改绘图中的x 范围（本例中滑动变阻器总阻值R 0取10Ω），如图13；选中x 轴，选择菜单【编辑】→【属性】，出现对话框，修改x 轴的标签，同样修改y 轴的标签。

③用文字工具在画板窗口中加

上标题，再调整坐标轴、各物理量、

表达式、比例式的位置及大小。

④选择菜单【显示】→【隐藏

对象】、【隐藏标签】，将不需要的对

象和标签隐藏，最终结果如图14。

（三）积件演示

通过调节R 的大小，同时观察图象的变化和比例式的数值。通过观察，学生不仅迅速理解了滑动变阻器的总阻值越小调节时负载上的电压越是成线性变化这一规律，而且还进一步得出了当R 0<2R 时，已经成较好的线性变化。应用几何画板处理这一问题可谓“事半功倍”。

三、展现物理过程

物理问题的顺利解决，首先就是要明确过程。只要物理过程清晰、明了了，问题的解决就水到渠成。因此，教师在讲解物理问题时，都很注重过程的分析，不惜费时费力。

例如：如图15，在挡板AD 顺时针缓慢转动的过程中，挡板对小球的力、斜面对小球的力如何变化？这是一个动态平衡问题，

需要进行力的平行四边形的图

11 图

12 图 13

图

14