等效思維方法在物理教學(xué)中的運用

徐衛(wèi)東

摘 要：物理與人們的日常生活關(guān)系密切，無論是聲、光、電、質(zhì)量、密度、體積或是空間、動力、磁場等，都是人們生活不可或缺的組成部分。在高中物理學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生面對復(fù)雜、抽象的物理知識通常會利用等效法將物理問題化繁為易、化難為簡，因此等效法是一種非常重要的物理思維方式。本文主要闡述了等效思維的內(nèi)涵，并深入分析了在高中物理教學(xué)中運用等效思維的有效策略。

關(guān)鍵詞：高中物理;物理教學(xué);等效思維;有效策略

高中物理是高中教育的重點內(nèi)容，雖然與人們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P(guān)，但是物理知識通常復(fù)雜、抽象、難以理解。在遇見物理難題時，學(xué)生通常會采用逆向思維法、類比法、隔離法、等效法等物理方法解決物理問題。

一、等效思維的概述

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)化為簡單的物理現(xiàn)象、過程、模型、物理圖像和相互作用。

二、在物理教學(xué)中運用等效思維的策略

（一）利用等效思維理解物理定理、推論

在初中物理學(xué)習(xí)中，概念、定理是物理知識重要組成部分，多數(shù)學(xué)生認為物理概念過于枯燥而且難以理解，常會以背誦的方式進行記憶，而死記硬背在解決復(fù)雜的物理問題時并不能取得好的效果。在這種情況下，教師在開展物理概念教學(xué)時，就要通過等效思維的方式，幫助學(xué)生從已經(jīng)簡化的現(xiàn)象中，推論出定理知識，從而加深對概念知識的印象。比如：在學(xué)習(xí)“物塊在平衡力的情況下保持勻速直線運動或者靜止狀態(tài)”這一概念時，多數(shù)學(xué)生對此存在一定的誤解，具體來說就是認為在此狀態(tài)中的兩種運動狀態(tài)是不受力的，這種錯誤的觀念使學(xué)生在進行解題時，經(jīng)常出錯。針對這種情況，教師在進行力學(xué)知識教學(xué)過程中，加強對學(xué)生的引導(dǎo)，“受力平衡”即合力為零不等于“不受力”，促使其能夠明白二者產(chǎn)生的效果是相同的，只有這樣才能讓學(xué)生更為全面地認識到物塊受力平衡等同于不受力，進而在一定程度上加深對這節(jié)知識的理解，提高解題正確率。

（二）運用等效思維構(gòu)建物理模型

高中物理中存在許多復(fù)雜的物理原型，這些原型不易理解，給學(xué)生學(xué)習(xí)和解題造成負擔，在等效轉(zhuǎn)換法下，我們可以用簡單易懂的物理模型替代復(fù)雜的物理模型[1]。例如：用兩根等長的細線懸掛一只小球組成了所謂的雙線擺，若線長為L，兩線與天花板的左右兩側(cè)的夾角均為α，當小球在垂直于紙面的平面內(nèi)作簡諧運動時，周期等于多少？本題的雙線擺模型是陌生的，而所求的運動模型發(fā)現(xiàn)完全可以用一個單擺來等效替代，其單擺的擺長為Lsinα，所以一旦將雙線擺模型等效為擺長為Lsinα的單擺模型，運用單擺的周期公式 ? ? ? ? ? ? ? （其中L是單擺擺長，g是地球重力加速度）很容易求解，本題答案為 ? ? ? ? ? ? ?。

（三）運用等效思維轉(zhuǎn)換物理運動過程

運動過程的等效轉(zhuǎn)換方法，就是運用一種或多種簡單的運動過程替換復(fù)雜的物理運動過程。如可以把一個物體的曲線運動等效分解成水平方向的運動和豎直方向的自由落體運動，這樣的等效轉(zhuǎn)換，簡化了解題步驟，更易于學(xué)生理解和學(xué)習(xí)。例如：小球從空中以水平速度拋出，落地前1秒時，速度方向與水平方向夾角為30°，落地時速度方向與水平方向夾角為60°，g=10m/s2，求小球在空中運動的時間及拋出時的初速度。首先，假設(shè)水平初速度為v0，其次，在曲線運動時，其速度可分解為水平速度與豎直速度，其中vy=g（t-1）=v0tan30°，vy2=gt=v0tan60°，最后，由豎直方向上自由落體運動知vy與vy2的關(guān)系，最后解得t=1.5s，v0=8.65vy。

（四）作用等效、化繁為簡

作用等效就是雖然有不同的表現(xiàn)形式，但其對同一事物的作用效果是相同的，對于問題的分析與解答不會產(chǎn)生絲毫影響，從而用一種更為簡單的作用代替原題中較為復(fù)雜的部分作用，達到簡化解題步驟的效果。例如圖2所示，某質(zhì)點的質(zhì)量為2kg，受到六個大小、方向各不相同的共點力的作用處于平衡狀態(tài)，今撤去其中的3N和4N的兩個互相垂直的力，求質(zhì)點的加速度。本題中各力的方向都沒有明確標定，撤去兩個力后合力是什么方向一時難以確定，但從力的作用效果分析，其中7N、6N、2N三個力的合力F甲一定與這兩個力3N、4N的合力F乙平衡， 7N、6N、2N三個力的作用效果與兩個力3N、4N的作用效果相同，因此撤掉3N和4N的兩個力，質(zhì)點受到的合力可以假定認為只有F乙，加速度a=F合/m=F乙/m=2.5m/s2。

結(jié)語

總而言之，等效思維是物理學(xué)中重要的思維方法，在高中物理教學(xué)過程中，培養(yǎng)學(xué)生的等效思維，可以幫助學(xué)生在解答物理問題時，將復(fù)雜的問題簡單化，把抽象的物理定義具體化，因此，教師要在教學(xué)中，積極采取有效措施，科學(xué)合理滲透等效思維，引導(dǎo)學(xué)生在解題中帶有靈活性、技巧性地運用等效思維，提高學(xué)生的物理綜合能力。

參考文獻

[1] 朱向榮.等效思維方法在高中物理教學(xué)中的運用[J].師道：教研，2017（3）：70.