等效思維方法在物理教學(xué)中的運(yùn)用

徐衛(wèi)東

摘 要：物理與人們的日常生活關(guān)系密切，無論是聲、光、電、質(zhì)量、密度、體積或是空間、動力、磁場等，都是人們生活不可或缺的組成部分。在高中物理學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生面對復(fù)雜、抽象的物理知識通常會利用等效法將物理問題化繁為易、化難為簡，因此等效法是一種非常重要的物理思維方式。本文主要闡述了等效思維的內(nèi)涵，并深入分析了在高中物理教學(xué)中運(yùn)用等效思維的有效策略。

關(guān)鍵詞：高中物理;物理教學(xué);等效思維;有效策略

高中物理是高中教育的重點(diǎn)內(nèi)容，雖然與人們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P(guān)，但是物理知識通常復(fù)雜、抽象、難以理解。在遇見物理難題時，學(xué)生通常會采用逆向思維法、類比法、隔離法、等效法等物理方法解決物理問題。

一、等效思維的概述

等效思維方法是一種常用的科學(xué)思維方法，是在保證效果、關(guān)系或者特性相同的前提下，把復(fù)雜的物理現(xiàn)象、過程、模型、物理圖像和相互作用轉(zhuǎn)化為簡單的物理現(xiàn)象、過程、模型、物理圖像和相互作用。

二、在物理教學(xué)中運(yùn)用等效思維的策略

（一）利用等效思維理解物理定理、推論

在初中物理學(xué)習(xí)中，概念、定理是物理知識重要組成部分，多數(shù)學(xué)生認(rèn)為物理概念過于枯燥而且難以理解，常會以背誦的方式進(jìn)行記憶，而死記硬背在解決復(fù)雜的物理問題時并不能取得好的效果。在這種情況下，教師在開展物理概念教學(xué)時，就要通過等效思維的方式，幫助學(xué)生從已經(jīng)簡化的現(xiàn)象中，推論出定理知識，從而加深對概念知識的印象。比如：在學(xué)習(xí)“物塊在平衡力的情況下保持勻速直線運(yùn)動或者靜止?fàn)顟B(tài)”這一概念時，多數(shù)學(xué)生對此存在一定的誤解，具體來說就是認(rèn)為在此狀態(tài)中的兩種運(yùn)動狀態(tài)是不受力的，這種錯誤的觀念使學(xué)生在進(jìn)行解題時，經(jīng)常出錯。針對這種情況，教師在進(jìn)行力學(xué)知識教學(xué)過程中，加強(qiáng)對學(xué)生的引導(dǎo)，“受力平衡”即合力為零不等于“不受力”，促使其能夠明白二者產(chǎn)生的效果是相同的，只有這樣才能讓學(xué)生更為全面地認(rèn)識到物塊受力平衡等同于不受力，進(jìn)而在一定程度上加深對這節(jié)知識的理解，提高解題正確率。

（二）運(yùn)用等效思維構(gòu)建物理模型

高中物理中存在許多復(fù)雜的物理原型，這些原型不易理解，給學(xué)生學(xué)習(xí)和解題造成負(fù)擔(dān)，在等效轉(zhuǎn)換法下，我們可以用簡單易懂的物理模型替代復(fù)雜的物理模型[1]。例如：用兩根等長的細(xì)線懸掛一只小球組成了所謂的雙線擺，若線長為L，兩線與天花板的左右兩側(cè)的夾角均為α，當(dāng)小球在垂直于紙面的平面內(nèi)作簡諧運(yùn)動時，周期等于多少？本題的雙線擺模型是陌生的，而所求的運(yùn)動模型發(fā)現(xiàn)完全可以用一個單擺來等效替代，其單擺的擺長為Lsinα，所以一旦將雙線擺模型等效為擺長為Lsinα的單擺模型，運(yùn)用單擺的周期公式 ? ? ? ? ? ? ? （其中L是單擺擺長，g是地球重力加速度）很容易求解，本題答案為 ? ? ? ? ? ? ?。

（三）運(yùn)用等效思維轉(zhuǎn)換物理運(yùn)動過程

運(yùn)動過程的等效轉(zhuǎn)換方法，就是運(yùn)用一種或多種簡單的運(yùn)動過程替換復(fù)雜的物理運(yùn)動過程。如可以把一個物體的曲線運(yùn)動等效分解成水平方向的運(yùn)動和豎直方向的自由落體運(yùn)動，這樣的等效轉(zhuǎn)換，簡化了解題步驟，更易于學(xué)生理解和學(xué)習(xí)。例如：小球從空中以水平速度拋出，落地前1秒時，速度方向與水平方向夾角為30°，落地時速度方向與水平方向夾角為60°，g=10m/s2，求小球在空中運(yùn)動的時間及拋出時的初速度。首先，假設(shè)水平初速度為v0，其次，在曲線運(yùn)動時，其速度可分解為水平速度與豎直速度，其中vy=g（t-1）=v0tan30°，vy2=gt=v0tan60°，最后，由豎直方向上自由落體運(yùn)動知vy與vy2的關(guān)系，最后解得t=1.5s，v0=8.65vy。

（四）作用等效、化繁為簡

作用等效就是雖然有不同的表現(xiàn)形式，但其對同一事物的作用效果是相同的，對于問題的分析與解答不會產(chǎn)生絲毫影響，從而用一種更為簡單的作用代替原題中較為復(fù)雜的部分作用，達(dá)到簡化解題步驟的效果。例如圖2所示，某質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量為2kg，受到六個大小、方向各不相同的共點(diǎn)力的作用處于平衡狀態(tài)，今撤去其中的3N和4N的兩個互相垂直的力，求質(zhì)點(diǎn)的加速度。本題中各力的方向都沒有明確標(biāo)定，撤去兩個力后合力是什么方向一時難以確定，但從力的作用效果分析，其中7N、6N、2N三個力的合力F甲一定與這兩個力3N、4N的合力F乙平衡， 7N、6N、2N三個力的作用效果與兩個力3N、4N的作用效果相同，因此撤掉3N和4N的兩個力，質(zhì)點(diǎn)受到的合力可以假定認(rèn)為只有F乙，加速度a=F合/m=F乙/m=2.5m/s2。

結(jié)語

總而言之，等效思維是物理學(xué)中重要的思維方法，在高中物理教學(xué)過程中，培養(yǎng)學(xué)生的等效思維，可以幫助學(xué)生在解答物理問題時，將復(fù)雜的問題簡單化，把抽象的物理定義具體化，因此，教師要在教學(xué)中，積極采取有效措施，科學(xué)合理滲透等效思維，引導(dǎo)學(xué)生在解題中帶有靈活性、技巧性地運(yùn)用等效思維，提高學(xué)生的物理綜合能力。

參考文獻(xiàn)

[1] 朱向榮.等效思維方法在高中物理教學(xué)中的運(yùn)用[J].師道：教研，2017（3）：70.