等效思想在高一物理教學(xué)中的應(yīng)用

摘 要： 文章論述了等效思想在教學(xué)中的重要意義，指出了物理教學(xué)中實(shí)施等效思想教育的有效途徑。

關(guān)鍵詞： 高中物理教學(xué) 等效思想 實(shí)施途徑

物理思想是物理學(xué)的靈魂，在高中物理課堂教學(xué)中，對(duì)學(xué)生進(jìn)行物理思想教育是非常重要的。要有效地進(jìn)行物理思想教育，就必須明確物理學(xué)中包含的具體物理思想。筆者就高一物理中的等效思想進(jìn)行了以下三個(gè)方面的探究。

一、概念或規(guī)律中的等效思想

等效事物往往存在著共性，把這些共性抽象出來(lái)往往可形成物理概念，以使學(xué)生加深對(duì)物理概念或規(guī)律的理解，從中逐步掌握物理學(xué)中的等效思想和方法。如：人推車、人提桶、人拉鋸時(shí)都會(huì)感到肌肉緊張，即從肌肉緊張的角度它們是等效的，可抽象出這些情況下人對(duì)物體施加了力；人能提桶，通過(guò)繩子也能提桶，從提桶的角度也是等效的，繩子在提桶時(shí)被拉緊，就好像繩子的“肌肉”緊張了，所以說(shuō)物體對(duì)物體也可施加力的作用，從這些等效事例中抽象出力是物體對(duì)物體的作用。再如：利用等效思想講“質(zhì)點(diǎn)”的概念，可使學(xué)生加深對(duì)質(zhì)點(diǎn)概念的理解。

在尋找等效事物間的必然聯(lián)系的過(guò)程中常會(huì)發(fā)現(xiàn)新的物理規(guī)律或理論，如牛頓研究了衛(wèi)星繞行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，發(fā)現(xiàn)與開普勒總結(jié)的行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的規(guī)律等效，提出行星與衛(wèi)星間的引力跟太陽(yáng)與行星間的引力是同種性質(zhì)的力。牛頓經(jīng)過(guò)計(jì)算，又證明了月球繞地球運(yùn)動(dòng)的向心加速度是地面重力加速度的1/3600，與用平方反比規(guī)律得出的結(jié)果等效，從而證實(shí)了重力與天體間的引力是同一性質(zhì)的力，于是做了合理推廣，提出了萬(wàn)有引力定律。

自然界存在的物理問(wèn)題，一般都受多種因素的制約，呈現(xiàn)出綜合性的復(fù)雜現(xiàn)象，直接進(jìn)行研究比較麻煩，甚至無(wú)法解決，但如果利用等效思想應(yīng)用等效方法對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行適當(dāng)變換，就可以使問(wèn)題簡(jiǎn)化，便于研究。

例1：小球用細(xì)繩AC、BC懸掛于A、B兩點(diǎn)，在紙內(nèi)和紙外間做微小來(lái)回?cái)[動(dòng)，求它的周期，我們可把原來(lái)的雙線擺等效看成一個(gè)剛性輕支架ABC，在C點(diǎn)固定一個(gè)小球，繞AB軸來(lái)回?cái)[動(dòng)再進(jìn)一步又可等效看成以CD為懸線，以D為懸點(diǎn)，在平行于CD的平面上擺動(dòng)的單擺，這樣就不難求出它的周期了。例如有些量在實(shí)驗(yàn)中較難測(cè)定，我們常用其他物理量來(lái)等效替代，如碰撞中的動(dòng)量守恒實(shí)驗(yàn)中，小球的速度較難測(cè)定，我們根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)在高度一定時(shí)水平位移與初速成正比的性質(zhì)，用測(cè)水平位移來(lái)等效替代小球的速度。其實(shí)測(cè)量?jī)x器大多數(shù)不是直接測(cè)量待測(cè)物理量的，常是根據(jù)待測(cè)量與另一物理量的關(guān)系進(jìn)行等效轉(zhuǎn)化，由顯示另一物理量的值來(lái)等效顯示待測(cè)物理量的值的。

利用等效思想，能夠啟發(fā)學(xué)生思維，使其發(fā)現(xiàn)解決問(wèn)題的有效途徑，有些物理問(wèn)題，初看起來(lái)，似乎十分復(fù)雜，但如果根據(jù)等效思想，利用等效思想適當(dāng)變換，就可使問(wèn)題迎刃而解。

例2：A物體做勻速直線運(yùn)動(dòng)，速度是1m/s，A出發(fā)5s后B物體從同一地點(diǎn)由靜止出發(fā)做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，加速度是0.4m/s2，且A、B同向運(yùn)動(dòng)。問(wèn)：①出發(fā)幾秒追上A？

②A、B相遇前它們之間的最大距離是多少？

如果進(jìn)行適當(dāng)?shù)牡刃ё儞Q，就十分容易求解。可畫出A、B兩物體的V—t圖像，利用圖像下所圍的面積代表物體運(yùn)動(dòng)的位移，問(wèn)題就迎刃而解了。

二、應(yīng)用等效思想應(yīng)注意的問(wèn)題

首先，替代物與原事物只是某些方面的或一定條件下的等效。如單擺擺動(dòng)過(guò)程中由于繩子所受拉力不斷變化，擺線長(zhǎng)度也不斷改變，但我們選用的擺線往往是不易伸長(zhǎng)的，因而就把擺線等效轉(zhuǎn)化為一根不可伸長(zhǎng)的剛性繩子。但是我們從另一角度來(lái)研究，沒(méi)有形變的繩子就不可能產(chǎn)生彈力，這樣和原事物就不等效了，最好把繩子看成一根倔強(qiáng)系數(shù)很大的彈簧，長(zhǎng)度幾乎不變又不能產(chǎn)生很大的彈力，能貯藏很多的彈性勢(shì)能。

其次，等效變換的方式可以是多種多樣的。對(duì)于同一問(wèn)題，研究的思路不同就有不同的等效變換方法。前面已經(jīng)講過(guò)研究力的平衡問(wèn)題時(shí)可用合成等效變換也可用分解等效變換。即使采用同一變換方法，也存在著不同的變換形式。

三、物理學(xué)中實(shí)施等效思想的有效途徑

等效思想是分析解決物理問(wèn)題的基本思維方法之一。高一物理中普遍蘊(yùn)含著等效思想。如：高一物理中矢量合成法則是一個(gè)矢量的作用效果等效于多個(gè)矢量的作用效果，矢量的分解法則是多個(gè)矢量的作用效果等效于一個(gè)矢量的作用效果等。等效思想在高一物理學(xué)習(xí)中具有的作用，學(xué)生形成等效思想不僅有助于深刻理解物理知識(shí)，掌握所學(xué)內(nèi)容，而且有利于提高分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

可見(jiàn)物理教學(xué)中對(duì)學(xué)生進(jìn)行等效思想教育有十分重要意義。實(shí)施等效思想教育應(yīng)抓好以下三個(gè)環(huán)節(jié)。

第一，發(fā)掘教材中蘊(yùn)含的等效思想內(nèi)容，及時(shí)引用如等效思想。

第二，以等效思想為主線總結(jié)知識(shí)內(nèi)容，強(qiáng)化等效思想。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間教學(xué)后，把含有等效思想的知識(shí)內(nèi)容加以總結(jié)，互相比較，突出等效思想在研究問(wèn)題中的作用，就能強(qiáng)化等效思想，形成等效思想。

第三，加強(qiáng)應(yīng)用，要使學(xué)生形成等效思想，就必須加強(qiáng)應(yīng)用，在應(yīng)用過(guò)程中使學(xué)生深刻理解，不斷完善等效思想。

總之，等效思想是物理學(xué)中的基本思想之一，它對(duì)物理問(wèn)題解決具有重要作用。在物理教學(xué)中，對(duì)學(xué)生進(jìn)行等效思想教育，對(duì)于培養(yǎng)分析和解決物理問(wèn)題的能力，提高物理教學(xué)質(zhì)量大有裨益。