高中物理中的等效法思想探微

譚靜

摘 要 等效法亦稱“等效替代法”，是科學研究中常用的思維方法之一。掌握等效方法及應用，體會物理等效思想的內涵，有助于提高考生的科學素養，初步形成科學的世界觀和方法論，為終身的學習、研究和發展奠定基礎。文章論述了物理學中等效思想在教學中的重要意義，結合實例論述了等效思想的作用，指出了物理教學中實施等效思想和等效方法教育的有效途徑。

關鍵詞 等效思想；物理概念；物理規律

中圖分類號：G632 文獻標識碼：A 文章編號：1002-7661（2019）08-0065-01

等效思維是指通過把復雜的抽象的物理概念，物理規律或物理模型簡單化，明確化，從而使這一概念，規律，或模型易于被人理解、接受的一種思維方式。這種思維方式貫穿著物理的學習的全過程。下面我們就高中物理學習過程中一些基本概念和規律，物理模型，物理實驗等三個方面的等效問題作一個簡單的探討。需要首先說明一下的是，等效的應用必須注意兩點，首先等效前后必須具有相同的效果相同，其次等效過程只是在特定的前提條件下才適用。

物理中的很多基本概念和基本規律都是在等效的基礎上建立起來的，例如重心的概念。重心是重力對物體的作用點，但是實際上重力是作用在物體上的每一個部分，物體的形狀與這些力的作用是有關的，要是我們考慮物體每一個部分的受力問題就太復雜了，如果我們只討論物體的平衡和一些簡單的運動規律時，就可以把這些力等效為一個力，其作用點這就是重心，這樣既不影響問題的解決，又能使問題簡單明確得多。再如第一，第二，第三宇宙速度，也是指發射的等效速度，以第二宇宙速度為例，第二宇宙速度是指當物體以11.2km/s的初速度從地球向上運動時物體就可以掙脫地球的引力的束縛而繞太陽運動，但是我們知道所有的飛行器都不是一次性就獲得了這么大的初速度，而是在運動過程中逐漸加速的，飛行器在整個的運動過程中沒有瞬時速度等于11.2km/s的時刻，但是飛行器這個運動過程與它只受地球引力作用以初速度為11.2km/s開始運動產生的效果是相同的。用第二宇宙速度的概念來代替這個復雜的過程就顯得更加簡潔。還有很多類似方法建立起來的物理概念如質點、分力、合力、功、第一宇宙速度，第三宇宙速度，交流的有效值、總電阻等這些概念。

運用等效法解決實際問題時，常見的有：過程等效、概念等效、條件等效、電器元件等效、電路等效、長度等效、場等效等。在運用等效法時，一定要注意必須是在效果相同的前提下，討論兩個不同的物理過程或物理現象的等效及物理意義。若在運用等效法解決問題時，不抓住效果相同這個條件，就會得出錯誤的結論。近年來，含有等效法思維方式的試題在高考中頻頻出現，主要考查物理模型等效、過程等效、條件等效、電路等效等。

例如，用如圖所示電路測量電池的電動勢和內電阻，試分析測量值和真實值的關系。

解析：把電流表等效為理想電流表和其內電阻RA串聯，再把RA和電源等效為新的電源E′（如圖所示），則等效電動勢E′=E，等效內電阻r′=r+RA，則E測=E′=E真，r測=r′>r真。

答案：E測=E真，r測>r真

總結升華：在閉合電路問題中，若某一定值電阻與電源內阻為串聯關系，常常可以將此定值電阻歸到電源內部，使電源變為等效電源，此等效電源的內阻為原內阻與定值電阻之和，而等效電源的電動勢不變。

等效法在電磁感應中的應用很多，如：把運動電荷等效為電流；把運動的帶電粒子等效為電流；交流電中的有效值的計算；利用等效法就是將所研究復雜問題通過適當的變換，化為簡單的模型問題，將陌生的情景化為熟悉的情景，這樣就能迅速、簡捷找到解決問題的最佳途徑，達到事半功倍之功效。

高中物理教學中的等效思維應用涉及很多方面，在這里不能一一列舉，總之等效思想是物理學中的基本思想之一。它對物理問題解決具有重要作用，要使學生形成等效思想，必須加強應用，在應用過程中使學生深刻理解，不斷完善等效思想。等效思想教育對于培養分析和解決物理問題的能力，提高物理教學質量大有幫助。

參考文獻：

[1]王剛.高中物理教學中探究性學習模式的運用探討[J/OL].學周刊，2019（15）：54.