探究等效思維在高中物理解題中的應(yīng)用

馬先倫

(江蘇省洪澤中學(xué) 223100)

作為一種科學(xué)思維的等效思維，在一定程度上有利于學(xué)生能力發(fā)展.基于本質(zhì)上分析，等效思維是以事物相同效果為基礎(chǔ)做出的心理選擇，其可以把原本繁瑣的物理過程或復(fù)雜的物理現(xiàn)象，采取較為簡單清晰的現(xiàn)象與過程呈現(xiàn)出來.通過等效思維一方面能對學(xué)習(xí)過程加以調(diào)節(jié)，另一方面還能大幅降低思維活動的難度，在解決物理問題過程中起到尤為關(guān)鍵的作用.

1 簡析等效思維基本內(nèi)涵

關(guān)于等效思維，也可稱為等效替代思維，屬于科學(xué)研究過程中相對常見的一種思維方法.將等效思維有效應(yīng)用在高中物理解題中，有利于學(xué)生充分領(lǐng)會物理學(xué)科等效思維的基本內(nèi)涵，還可以提升學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)與物理解題效率.基于不斷深化的高考改革形勢，在物理命題方面不只是關(guān)注考核物理知識，逐漸滲透有關(guān)物理思想及方法的考核，物理最為重要解題方法的等效思維，充分掌握等效思維能大幅度提高自身的物理能力.而等效方法則是依托保障某一特性及關(guān)系、后果相同的情況下，把復(fù)雜實際的物理問題與過程變程度簡單、等效且方便研究的問題與過程，進(jìn)而對此展開處理與研討.將等效思維有效應(yīng)用在物理解題中，需重點關(guān)注以下幾方面：首先，對物理教材充分挖掘，對教材中涵蓋的等效思維重點分析，而且能靈活運用在學(xué)習(xí)中，對等效思維意識進(jìn)行有效培養(yǎng).其次，有意識應(yīng)用等效思維，在實際物理解題時應(yīng)盡可能考慮應(yīng)用等效法，逐漸強(qiáng)化學(xué)生物理學(xué)習(xí)能力.最后，關(guān)注應(yīng)用從而提高學(xué)生問題解決質(zhì)量.

2 等效思想分類介紹

2.1 本質(zhì)等效

物理學(xué)科知識與其他知識不同，部分物理知識雖然形式不同，但是卻擁有著相同的本質(zhì).在求解物理問題的時候，只有掌握物理問題本質(zhì)與規(guī)律，才能抽絲剝繭，尋找到復(fù)雜問題的簡化求解方式，將復(fù)雜問題逐一攻破.物理本質(zhì)和等效思想同等.比如：學(xué)習(xí)“重心”這一物理概念，如果教師單純告訴學(xué)生所有物體都會受到重力所影響，那么，從力的作用效果分析，重力影響會在物體的某一點體現(xiàn)出來，是不同的分力得到平衡，這個點就是重心.由于學(xué)生掌握力的平衡相關(guān)概念，所以，教師可以選擇概念本質(zhì)的相似點，作為等效思想，滲透給學(xué)生，使其在解題過程，對于物理概念有深刻的了解.

2.2 作用等效

作用等效和物理本質(zhì)的等效思想相類似，如果能夠通過不同物理事物當(dāng)中尋找到相同的本質(zhì)，那么由物理事物產(chǎn)生的問題也必然有相似的求解方法.部分時候，雖然物理事物形式不同，但是產(chǎn)生的作用效果卻較為相同，在解題過程，可以引領(lǐng)學(xué)生運用這種作用等效思想，看待作用效果.比如：電場產(chǎn)生的作用效果的等效代替，主要描述的是處于靜電場中的物體受到電場力作用以后產(chǎn)生的效果，可以根據(jù)已知電場的受力對于特殊電場強(qiáng)度進(jìn)行分析；而力的作用效果同樣可以使用等效代替的方法，如果幾個力產(chǎn)生的作用效果和一個力的效果相同，那么就可以使用合力代表幾個分力的作用效果.上述思想在求解電場和力有關(guān)物理問題具有重要應(yīng)用.

2.3 過程等效

在物理學(xué)科當(dāng)中，過程有復(fù)雜、簡單之分，如果物理過程具備獨立性特點，那么在問題求解的過程當(dāng)中就可以利用簡單過程來替代復(fù)雜過程，這就是過程等效思想.物理問題當(dāng)中，運用過程等效思想，需要兼具簡單、復(fù)雜等過程條件.比如：在容積為100L的貯氣桶內(nèi)，存在壓強(qiáng)30atm氫氣，且內(nèi)部溫度27攝氏度，使用以后內(nèi)部壓強(qiáng)降為20atm，溫度恒定，求用去了多少氫氣？(標(biāo)準(zhǔn)情況下氫氣密度為11.2g/L)使用等效思想求解問題，需要注意，待求解問題是否可以拆解成幾個簡單的過程，借助中間狀態(tài)將未知量求出，這樣解題效率更高.

2.4 模型等效

模型等效思想的運用就是在物理問題分析方面，將復(fù)雜的問題和熟悉的問題進(jìn)行類比，通過等效轉(zhuǎn)化，按照物理規(guī)律建立解題模型.等效思想在電路問題的求解方面應(yīng)用頻率較高.比如：高中階段的人船模型、衛(wèi)星模型、碰撞模型、彈簧振子、子彈射木塊等問題都可以利用模型等效的思想進(jìn)行求解.通過模型等效思維的運用下，學(xué)生對于物理模型理解能力會有所提升，能夠透過問題現(xiàn)象看到本質(zhì)，根據(jù)具體問題特點，運用對應(yīng)解題模型，將問題求解過程化簡.

3 簡析高中物理解題應(yīng)用等效思維的相關(guān)路徑

第一，將復(fù)雜物理現(xiàn)象簡單化.有關(guān)高中物理問題會涉及許多物理現(xiàn)象，要學(xué)生沒有對此形成深刻認(rèn)識，則會直接影響到解題效果.出于將解題質(zhì)量提高，學(xué)生可以被等效思維運用在實際解題中，對物理模型進(jìn)行構(gòu)建，把復(fù)雜問題變?yōu)樗鶎W(xué)內(nèi)容，由此深化對物理現(xiàn)象的認(rèn)識.

第二，通過等效思維構(gòu)建物理模型.對于模型法而言，其屬于一個研究對象或者是過程加以科學(xué)簡化的過程，最大限度將主要因素突出，并忽視次要因素.在設(shè)計題目時，命題人在并不會單純對學(xué)生掌握概念的程度進(jìn)行考量，通常會把物理原理有效結(jié)合現(xiàn)實生活.此時應(yīng)用物理模型法，能夠?qū)⒏蓴_內(nèi)容排除，選出核心因素，建立一個相對簡明、直觀且效果同等的模型，以此為解題創(chuàng)造條件.

第三，通過等效思維實現(xiàn)等效替代.在等效思維方法中等效替代十分常見，主要是不對問題本質(zhì)造成破壞的基礎(chǔ)上，采取替代法來代替問題題干當(dāng)中的某個組合或者是部分，由此實現(xiàn)復(fù)雜物理問題的簡化與解決，可值得注意的是在采取該法解決問題時，一定要和物理問題具體情況相結(jié)合明確替代內(nèi)容，防止違背問題本質(zhì)，不然極易對解題精準(zhǔn)度造成影響.

圖1

解析要是依據(jù)一般解題思路展開求解，則首先需要算出A端圓板重心位置，可是該計算方法相對繁瑣且存在一定難度，要是能夠使用等效替代法，則可以將計算流程簡化.因為A端圓板自身挖一個圓孔，那么此時能假設(shè)其未挖孔，且這一部分出作用具有一個大小同等于挖取部分重力F作用于孔心C位置，如圖1(b)然后再繼續(xù)依據(jù)常規(guī)方法求解即可.

第四，通過等效思維開展等效類比.等效類比也是等效思維方法中相對常見的，通過類比擴(kuò)展解題思路，例如類比以往和有關(guān)問題求解相類似的求解過程進(jìn)行求解.

問題如圖2所示，在一端P點固定有輕質(zhì)彈簧勁度系數(shù)是K，在另一端連接一個質(zhì)量是m的A球，質(zhì)量為m的B球以V0的速度與球進(jìn)行碰撞，然后兩者一起滑動于光滑面上，然后繼續(xù)進(jìn)行往回運動，求取A球和B球相互脫離時所維持的時間？

圖2

第五，將復(fù)雜問題條件等效化.出題人通常出于迷惑學(xué)生，會設(shè)計條件看起來復(fù)雜可實際上相對簡單的物理問題，由此對學(xué)生學(xué)習(xí)成果進(jìn)行檢驗.比如：在理想變壓器中接入內(nèi)阻是r，電動勢是E的交流電源，將電阻是R的負(fù)載接在輸入端，要想讓R得到最大功率，原、副線圈的匝數(shù)比為多少？學(xué)生剛看到該問題時往往會無從下手.要是采取等效思維簡化問題條件，明確內(nèi)阻和輸出功率存在的關(guān)系，則能快速解決.在處理物理問題過程中，等效思維發(fā)揮著“鑰匙”的關(guān)鍵作用，無論是教師教學(xué)還是學(xué)生學(xué)習(xí)過程中都應(yīng)該有效把握這把“鑰匙”，針對高中學(xué)生問題分析與解決能力重點培養(yǎng)，這樣學(xué)生在碰到實際問題時可以做到舉一反三，充分應(yīng)用等效思維可以在得到解題靈感的同時，強(qiáng)化學(xué)生的創(chuàng)新能力.

在具體教學(xué)與解題過程中，應(yīng)科學(xué)引導(dǎo)學(xué)生采取多元解題方法與解題思路，精準(zhǔn)將每道問題的題眼找出，能夠?qū)⒌刃季S有效應(yīng)用，把繁瑣復(fù)雜的題型轉(zhuǎn)換成方便學(xué)生理解的題型，防止物理過程冗長而進(jìn)行更好地解題.同樣在進(jìn)行高中物理教學(xué)中對等效思維有效培養(yǎng)，能在具體解答時，把復(fù)雜繁瑣的問題變得簡化，具象相對抽象的物理定義，在具體解題過程中引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用技巧性、靈活性的等效思維，從而強(qiáng)化學(xué)生個人思維能力.