等效思維方法在高中物理教學(xué)中的運(yùn)用

朱向榮

等效思維方法是在等效前提下把實(shí)際、復(fù)雜的物理問題轉(zhuǎn)化為理想、簡(jiǎn)單的物理問題，能幫助學(xué)生理解概念規(guī)律，提高建構(gòu)能力和解決實(shí)際問題的能力。筆者通過本文，對(duì)在高中物理教學(xué)中的等效思維方法運(yùn)用進(jìn)行闡述。

一、含義解釋

等效思維方法是一種常用的科學(xué)思維方法，是在保證效果、關(guān)系或者特性相同的前提下，把實(shí)際、復(fù)雜的物理現(xiàn)象、過程、模型、物理圖像和相互作用轉(zhuǎn)化為理想、簡(jiǎn)單的物理現(xiàn)象、過程、模型、物理圖像和相互作用。利用等效思維方法，能降低思維活動(dòng)的難度，是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新和演繹推理能力的有效手段，促使學(xué)生自主學(xué)習(xí)和探索未知領(lǐng)域的捷徑。無論是物理概念和規(guī)律的建立、推倒證明規(guī)律，還是活化公式的使用范圍、解決實(shí)際問題和習(xí)題解答中都可以運(yùn)用等效思維方法。

二、范例展示

1. 在物理概念、規(guī)律的教學(xué)中運(yùn)用等效思維方法

理解物理概念和規(guī)律，是從物理學(xué)視角解釋自然現(xiàn)象和解決實(shí)際問題的基礎(chǔ)。運(yùn)用等效思維方法可以幫助學(xué)生更容易切入和理解物理概念和規(guī)律。如：在教授安培力的方向判定的左手定則后，學(xué)生理解了用四指表示電流方向，當(dāng)學(xué)習(xí)到洛倫茲力的時(shí)候?qū)W生往往會(huì)混淆四指指向的含義，面對(duì)這個(gè)問題，教師可以引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)電流方向與正負(fù)電荷定向移動(dòng)方向的關(guān)系，利用等效思維，將洛倫茲力方向判定中四指指向的兩種情況轉(zhuǎn)化為安培力的電流方向。這樣既能讓學(xué)生準(zhǔn)確判斷力的方向，又能使學(xué)生加深理解洛倫茲力與安培力的微觀與宏觀的關(guān)系。

2. 在物理模型建立、物理解題中運(yùn)用等效思維方法

新課程標(biāo)準(zhǔn)明確提出高中生應(yīng)具有建構(gòu)理想模型的意識(shí)和能力，高中物理研究最基本的問題是運(yùn)動(dòng)和相互作用，但實(shí)際運(yùn)動(dòng)和相互作用往往種類繁多復(fù)雜。為探索本質(zhì)和探究的方便，通過構(gòu)建物理模型，使物理過程簡(jiǎn)化，加深學(xué)生對(duì)物理規(guī)律本質(zhì)的理解。

例題1：圖1有一細(xì)線L，上端固定，下端系質(zhì)量為m，帶電量為+q的小球，將其放在水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，當(dāng)小球靜止時(shí)，細(xì)線與豎直方向成α角。（1）如果把小球拉到細(xì)線與豎直方向的夾角由α增大到φ，然后將小球m由靜止釋放。使小球擺到懸點(diǎn)下方的速度剛好為零，φ應(yīng)為多大？（2）如α角很小，（1）問中小球從由靜止釋放到達(dá)豎直位置所需時(shí)間為多少？

解析：帶電小球同時(shí)受到重力和電場(chǎng)力的作用，而且兩力都是恒力，根據(jù)平行四邊形定則得到兩力的合力，把這個(gè)合力理解為“等效重力”，其大小為：

■=■，令■=mg'

此時(shí)的g'=■稱為“等效重力加速度”，方向與豎直方向成α角，如圖2所示。這個(gè)“等效重力場(chǎng)”可代替原來的重力場(chǎng)和靜電場(chǎng)。利用等效思維回歸到基本的重力場(chǎng)模型后，學(xué)生就能輕松地解決這個(gè)問題了。

3. 在解決實(shí)際問題中運(yùn)用等效思維方法

課程標(biāo)準(zhǔn)中要求高中生能正確運(yùn)用科學(xué)思維方法，進(jìn)行科學(xué)推理、找出規(guī)律、形成結(jié)論，并能解釋自然現(xiàn)象和解決實(shí)際問題。因此，教師應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用等效思維方法解決實(shí)際問題的能力。

例題2：法拉圓盤發(fā)電機(jī)是利用電磁感應(yīng)的原理制成的，是人類歷史上第一臺(tái)發(fā)電機(jī)。如圖3所示，銅盤安裝在水平的銅軸上，它的邊緣正好在兩磁極之間，兩塊銅片C、D分別與轉(zhuǎn)動(dòng)軸和銅盤的邊緣接觸，使銅盤轉(zhuǎn)動(dòng)，電阻R中就有電流通過。以下說法不正確的是哪個(gè)？（1）在金屬盤上將有從銅片D流向銅片C的電流；（2）銅片D的電勢(shì)高于銅片C的電勢(shì)；（3）盤面可視為無數(shù)幅條組成，任何時(shí)刻都有幅條切割磁感線；（4）銅盤轉(zhuǎn)動(dòng)的速度越大，流過電阻R的電流越大。

解析：把原盤等效為無數(shù)根長度等于半徑的銅輻條，當(dāng)圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，總有一根輻條在切割磁力線，構(gòu)成閉合電路，電路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，因而可知答案為（1）。

責(zé)任編輯 羅 峰

實(shí)習(xí)編輯 黃博彥