“等效法”在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用

朱伶俊

摘要：物理思想方法是物理學(xué)科的重要培養(yǎng)對(duì)象。物理知識(shí)是明確具體的，但是物理的想法是隱含的和抽象的。“等効法”是物理思想方法中重要的方法之一，具有隱蔽性高、適用范圍廣的特征，對(duì)教師的教育和學(xué)生的學(xué)習(xí)和應(yīng)用帶來很大的困難。文章定義了“等効法”的概念，論述了高中物理教育中的作用和方法。

關(guān)鍵詞：物理模型;等效概念;等效法;等效過程

科學(xué)思想是物理專業(yè)核心素質(zhì)的關(guān)鍵，是物理觀念、科學(xué)探索、科學(xué)態(tài)度和責(zé)任精神的基石和核心。物理教學(xué)設(shè)置、課程實(shí)施，應(yīng)以培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維為核心。本文將從"等效法"概念的界定、"等效法"在認(rèn)識(shí)高中物理的作用等方面探討"等效法"教育的策略。

一、利用“等效法”具化抽象概念

物理概念常常是抽象的，其內(nèi)涵和外延比較難理解。相當(dāng)多的物理概念在定義過程中利用“等效法”，將復(fù)雜的過程轉(zhuǎn)化為更明確的概念進(jìn)行說明。

例如，關(guān)于人教版高中物理必修第一冊(cè)（2019年版）的“力的合成和分解”課，老師通常把這門課的重點(diǎn)放在合成和分解的數(shù)學(xué)運(yùn)算上，結(jié)合力和力的概念，缺乏概念的生成過程。學(xué)生不知道那個(gè)物理上的意思。理解一些力量的簡(jiǎn)單合并。因?yàn)槔斫饬Φ姆纸庾鳛榱α康暮?jiǎn)單的分割，所以在之后的運(yùn)動(dòng)和運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)中容易出錯(cuò)。老師讓學(xué)生比較了兩種情況中什么是一樣的，學(xué)生簡(jiǎn)單地回答了。我把水桶都拿起來了。兩個(gè)水桶的效果是一樣的。然后，老師指導(dǎo)學(xué)生用兩個(gè)人的手畫桶的力量的圖樣，總結(jié)指導(dǎo)學(xué)生。使某個(gè)力作用于某個(gè)物體的話，其效果和使多個(gè)力一起作用于這個(gè)物體的效果是完全相同的。這個(gè)力量被稱為那個(gè)力量的綜合力。明顯地合力有效地互相替換。利用這種情景產(chǎn)生了合力致力的概念，并自然而然地使用了“等效法”，使知識(shí)點(diǎn)更簡(jiǎn)潔易懂，在學(xué)生掌握物理基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)，也增強(qiáng)了物理學(xué)科的核心素質(zhì)。

二、利用“等效法”簡(jiǎn)化物理過程

通常情況下，遇到比較復(fù)雜、抽象的物理過程時(shí)，往往需要將其與已知的物理過程建立等效關(guān)系。如果一個(gè)復(fù)雜的物理過程與若干個(gè)簡(jiǎn)單的物理過程是等效的，我們就可以用這若干個(gè)簡(jiǎn)單的過程來替換該復(fù)雜的物理過程，這樣的處理方式就是利用了“等效法”。

比如，曲線運(yùn)動(dòng)是學(xué)生在高中階段第一次接觸的比較復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，是高中物理教學(xué)中的重難點(diǎn)，也是自然界普遍存在的一種運(yùn)動(dòng)形式。在教學(xué)中，教師可以讓學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)，建立合運(yùn)動(dòng)、分運(yùn)動(dòng)的概念，從而掌握曲線運(yùn)動(dòng)的處理方法。第一次實(shí)驗(yàn)：學(xué)生甲先將玻璃管緊貼黑板，玻璃管內(nèi)放一蠟塊，裝滿水，塞上木塞，再將玻璃管豎直倒置后靜止不動(dòng)，同時(shí)，學(xué)生乙觀察蠟塊緩慢上浮，每隔時(shí)間T就在黑板上標(biāo)記蠟塊的位置。第二次實(shí)驗(yàn)：學(xué)生甲將玻璃管倒置后，在蠟塊上浮的同時(shí)緩慢水平移動(dòng)玻璃管，學(xué)生乙每隔時(shí)間T在黑板上標(biāo)記蠟塊位置。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，教師引導(dǎo)學(xué)生分析兩次實(shí)驗(yàn)，并得出結(jié)論：第一次實(shí)驗(yàn)，蠟塊的運(yùn)動(dòng)可近似看作豎直向上做勻速直線運(yùn)動(dòng);第二次實(shí)驗(yàn)，蠟塊既做豎直運(yùn)動(dòng)，又做水平運(yùn)動(dòng)，這兩個(gè)運(yùn)動(dòng)合起來就是它的實(shí)際運(yùn)動(dòng)，也就是說，實(shí)際運(yùn)動(dòng)與豎直運(yùn)動(dòng)和水平運(yùn)動(dòng)合起來是等效的。我們把物體的實(shí)際運(yùn)動(dòng)叫作合運(yùn)動(dòng)，物體同時(shí)參與的若干獨(dú)立運(yùn)動(dòng)叫作分運(yùn)動(dòng)，合運(yùn)動(dòng)與分運(yùn)動(dòng)可相互替換。在此基礎(chǔ)上，教師可以引導(dǎo)學(xué)生思考，若第二次實(shí)驗(yàn)中，玻璃管在水平方向上做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，應(yīng)該如何研究此種情景下蠟塊的運(yùn)動(dòng)，讓學(xué)生體會(huì)“等效法”的精妙之處，在重視概念生成的同時(shí)，滲透物理思想。這樣，既構(gòu)建了新知，又激活了學(xué)生思維，并為后續(xù)研究平拋運(yùn)動(dòng)做了很好的鋪墊。

三、利用“等效法”研究物理規(guī)律

在研究復(fù)雜問題時(shí)常用的方法是用熟悉的簡(jiǎn)單方法來處理，若復(fù)雜問題的某一部分規(guī)律與簡(jiǎn)單問題的方法規(guī)律相同，我們就可以用簡(jiǎn)單問題的方法規(guī)律來等效替換復(fù)雜問題的這一部分規(guī)律。

比如，測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻是物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重難點(diǎn)，特別是對(duì)于誤差的分析。在教學(xué)中，教師一般采用的方法是改變滑動(dòng)變阻器滑片的位置，讀出電流表與電壓表的示數(shù)，畫出I-U圖像，根據(jù)圖像信息得出電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。由于電流表的分壓作用導(dǎo)致測(cè)量有系統(tǒng)誤差，采用這樣的分析對(duì)學(xué)生來說難度較大，很難實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。為此教師必須改進(jìn)教學(xué)策略，虛線框中的電流表與實(shí)際電源一樣可作為一個(gè)電源，而這樣的電源稱為等效電源?；瑒?dòng)變阻器和電壓表是外電路，等效電源的電動(dòng)勢(shì)相當(dāng)于外電路開路時(shí)的電流，與實(shí)際電源的電動(dòng)勢(shì)相當(dāng)，因此等效電源的內(nèi)部阻抗即為實(shí)際電源的內(nèi)部阻抗和電流表電阻系數(shù)之和。所以，如果使用這樣的電路檢測(cè)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和實(shí)際值一樣，則測(cè)量的內(nèi)部電阻偏大。這樣的課程設(shè)計(jì)學(xué)生更容易掌握，遵循了深度教學(xué)的原理，更能觸及物理的實(shí)質(zhì)，并逐步使學(xué)生學(xué)會(huì)舉一反三、觸類旁通，從而引發(fā)了學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)物理的濃厚興趣。

四、結(jié)語

教師要重視物理思維教育。這是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思考的關(guān)鍵和具體途徑。教師通過設(shè)置具體情況，使學(xué)生在問題驅(qū)動(dòng)下，通過團(tuán)隊(duì)合作探究意境背后的物理本質(zhì)，類推，可以一舉達(dá)到反對(duì)的效果。遇到復(fù)雜多變的問題時(shí)，教師建立合理的思考階段讓學(xué)生逐步發(fā)掘問題背后的物理本質(zhì)，進(jìn)而掌握物理學(xué)的研究方法，順利解決實(shí)際問題。

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