淺析高中物理教學(xué)中的“等效”

駱士珍

摘 要：“等效”即效果相同，它是指在研究物理問題時抓住問題的主要因素，忽略次要方面，讓物理概念和規(guī)律簡單化，讓人易于理解的一種思維方法。主要通過一些具體實例闡述這種思維在物理教學(xué)中的重要性。

關(guān)鍵詞：概念；規(guī)律；情景；等效；模型

物理中的很多基本概念和基本規(guī)律都是建立在等效的基礎(chǔ)之上，但需要說明的是等效的應(yīng)用必須具有相同的效果，同時等效過程需要具備一定的前提條件，例如重心的概念。實際上地球?qū)ξ矬w的各個部分都有作用，要使物體各個部分的受力都要考慮那就太復(fù)雜了，因此對于簡單問題的討論就可以把這些力等效為一個力，其作用點這就是重心。下面主要從三個層面來分析“等效”思維的應(yīng)用。

一、“等效”在基本概念和規(guī)律中的應(yīng)用

在建立物理概念時，“等效”思想可以說體現(xiàn)得淋漓盡致，比如質(zhì)點的概念、點電荷的概念、電流元的概念等，通過這樣處理便于對問題的研究。在研究平拋運動規(guī)律時，把平拋運動分解為兩個直線運動，其實這種分解就是一種等效思想的體現(xiàn)。通過運動的分解把復(fù)雜問題變?yōu)楹唵螁栴}，可以用熟悉的規(guī)律解決新問題。

二、“等效”在物理實驗中的應(yīng)用

1.探究求合力的方法

當(dāng)一個成年人提水桶用的力F與兩個孩子提水桶用的力F1和F2效果相同時，這個力F就叫做F1和F2的合力，F(xiàn)1和F2叫做分力。那么合力和分力之間遵循什么規(guī)律呢？下面通過實驗來探究這個規(guī)律，實驗裝置如圖1。圖中測力計A、B測得的是兩分力，測力計C測得的是合力，這兩次測量橡皮筋與繩子的結(jié)點必須在同一位置O點，目的是為了保證兩次橡皮筋拉伸的效果相等，這也是該實驗的關(guān)鍵點之一。

2.測定電池的電動勢和內(nèi)阻

用伏安法測電池的電動勢和內(nèi)阻實驗中，為了減少實驗誤差，如果被測電源是干電池，一般采用電路圖甲，如果被測電源是內(nèi)阻較大的水果電池，一般采用電路圖乙。本實驗的測量對象是電源，如果還從分流分壓的角度來看問題就比較難了，但采用等效電源的方式來處理問題就會迎刃而解了。把圖甲虛線框部分看成一個“等效電源”，則所測電源電動勢偏小，所測內(nèi)阻也偏小。同樣把圖乙虛線框部分看成一個“等效電源”，則測量結(jié)果是等效電源的電動勢無系統(tǒng)誤差，所測電源內(nèi)阻偏大。

三、“等效”在物理模型或情境中的應(yīng)用

“等效”在物理模型或情境建立中的應(yīng)用非常普遍，比如自由落體運動、類平拋運動、導(dǎo)線切割磁感線時導(dǎo)線的等效長度、彈簧振子模型、單擺模型等。比如單擺模型，當(dāng)擺角θ小于5°時單擺可以看成簡諧運動，單擺的周期公式T=2π。但是對于一些變化后的模型這個公式顯然是不能直接使用，這時可以引入“等效”思想，如圖2三種情況：甲圖中雙線擺的等效擺長為lsinθ，其周期大小T=2π。乙圖模型中的等效加速度為gsinθ，其周期大小T=2π，同樣丙圖模型中的等效加速度為g+a，其周期大小T=2π。

再如，通電導(dǎo)線在勻強磁場中受到安培力的問題中也有“等效”思想的應(yīng)用。在用公式F=BIL計算安培力的前提是磁場和電流要相互垂直，而且導(dǎo)線要直的。如圖3這種情況，要找到相應(yīng)的等效長度（如圖中的虛線長度）才能代入公式計算安培力。當(dāng)然在電磁感應(yīng)問題中用E=BLV計算感應(yīng)電動勢時，也可以用類似的方法解決問題。

“等效”作為一種重要的物理思想之一應(yīng)用得非常普遍，這里不能一一舉出，它對物理問題解決具有重要意義，在應(yīng)用過程中可以使學(xué)生對概念和規(guī)律有更深刻理解，同時也有利于培養(yǎng)學(xué)生把實際問題轉(zhuǎn)換成物理模型的能力，對提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)有很大益處。