等效思維在高中物理解題中的應(yīng)用

■馬 峰

等效思維是基于相同效果的條件下，將復(fù)雜、陌生、煩瑣的物理問題轉(zhuǎn)變成清晰、簡潔、熟悉的物理模型的簡化思維方式。等效思維在高中物理解題中有著廣泛的適用性，下面就等效思維在高中物理解題中的應(yīng)用進(jìn)行討論。

一、利用等效思維建立物理模型

模型法是一種將研究對(duì)象或過程進(jìn)行科學(xué)的簡化，盡可能地突出主要因素，同時(shí)忽略次要因素，從而解決物理問題的方法。命題人在設(shè)計(jì)題目時(shí)不會(huì)單純地考查學(xué)生對(duì)概念的掌握程度，而是將物理原理與現(xiàn)實(shí)生活結(jié)合起來，順應(yīng)不能讓學(xué)生讀死書的課程要求，這往往會(huì)導(dǎo)致物理題目長且復(fù)雜。此時(shí)使用物理模型法，可以排除干擾內(nèi)容，提取核心因素，構(gòu)建一個(gè)直觀、簡明同時(shí)效果相同的模型，為順利解題創(chuàng)造條件。比如在運(yùn)動(dòng)學(xué)中最常用的物理模型是斜面模型及滑輪模型。如果將小球運(yùn)動(dòng)問題用斜面模型表示出來，就能快速地分析出加速度、摩擦力及彈力，即使是遇到多種條件的時(shí)候，用分段討論的方式也能有條不紊地解答出來。

二、利用等效思維轉(zhuǎn)換物理過程

物理過程的轉(zhuǎn)換需要在保證研究對(duì)象有關(guān)數(shù)據(jù)不變的前提下，將煩瑣的運(yùn)算拆成幾個(gè)基礎(chǔ)的分步驟，實(shí)現(xiàn)用兩三個(gè)簡單的問題替代原來復(fù)雜隱晦的問題。比如在面對(duì)合力與分力、合運(yùn)動(dòng)與分運(yùn)動(dòng)等問題時(shí)，如果巧妙地將過程轉(zhuǎn)換滲透到過程分析中，那么就可以靈活應(yīng)用所學(xué)知識(shí)順利解答相關(guān)問題了。例如將一個(gè)石塊從傾角為θ的斜面上以初速度v水平拋出，最后落到斜面上某點(diǎn)，求小球運(yùn)動(dòng)過程中與斜面間的最大距離時(shí)，若按照題面逐步計(jì)算，則會(huì)走不少彎路。但要是使用轉(zhuǎn)換的方法，將v分解為沿斜面方向的vcosθ和垂直于斜面方向的vsinθ，解題過程就會(huì)容易很多。

三、利用等效思維轉(zhuǎn)換物理圖形

物理圖形的轉(zhuǎn)換是將復(fù)雜的圖形等效為簡化的圖形，這個(gè)方法在電學(xué)中常被用到。命題人為了加大電學(xué)試題的難度，往往會(huì)選擇將電路圖復(fù)雜化。比如6 個(gè)阻值均為R的電阻與電動(dòng)勢為E(內(nèi)阻不計(jì))的電池，組成的類似于六芒星的電路。很多同學(xué)只是看一眼，就可能打退堂鼓。如果經(jīng)過分析，將它轉(zhuǎn)換為一個(gè)方形的電路圖，至少看起來就簡單多了。

四、利用等效思維轉(zhuǎn)換物理?xiàng)l件

高中物理題目不會(huì)總是把條件明明白白地羅列出來，而是設(shè)置很多難以被發(fā)現(xiàn)的隱藏條件，或者給出的條件比較復(fù)雜并且很難把其與要解決的問題聯(lián)系起來。這時(shí)需要先仔細(xì)分析已知條件中的關(guān)鍵內(nèi)容，然后逐漸將其轉(zhuǎn)化為自己可以理解的簡單句。以理想變壓器為例，當(dāng)理想變壓器輸入端接電動(dòng)勢為E、內(nèi)阻為r的交流電源，輸出端接電阻為R的負(fù)載，求原、副線圈線匝數(shù)比為多少時(shí)，R獲得的功率最大，且最大功率是多少。它有兩個(gè)等效條件，即電源輸出電流I=， 輸出電壓， 因此在求原、副線圈匝數(shù)比時(shí)，雖然不能直接使用變壓比公式，但是將上述兩個(gè)等效條件任選其一代入題中，同樣能快速解出最終結(jié)果。

五、利用等效思維轉(zhuǎn)換物理作用

轉(zhuǎn)換物理作用就是在保證作用效果等效的基礎(chǔ)上，對(duì)問題進(jìn)行簡單化處理。這種方法最為常見，在運(yùn)動(dòng)學(xué)、力學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)中頻頻出現(xiàn)。比如在運(yùn)動(dòng)學(xué)中根據(jù)平行四邊形法則用合矢量代替幾個(gè)分矢量或者反過來把合矢量分成若干個(gè)分矢量。在處理復(fù)合場問題時(shí)，應(yīng)該將模型法和物理作用轉(zhuǎn)換結(jié)合起來，先分解出摩擦力、彈力，表示出沿斜面的加速度，再進(jìn)行分段討論。雖然步驟多了點(diǎn)，但是貴在容易理解。只有理解了，才能談?wù)莆眨拍苷剬?duì)知識(shí)的靈活運(yùn)用。