等效思維在高中物理解題中的應用

◇ 浙江 沈建剛

等效思維即在所獲得的結果趨于一致或相同的情況下,能夠有效實現對復雜物理概念、公式的清晰化表征的思維方式．等效思維在物理解題中有著廣泛的適用性．本文就等效思維在高中物理解題中的應用做一簡單介紹,以供參考．

1 等效思維在物理圖形中的轉化應用

在高中物理電路章節中,對于一些形式簡單的電路,學生在教師的引導下基本都能理解和掌握．然而當電路呈現出復雜多變的特點時,學生的思維不能及時轉換,此時可借助等效思維來幫助學生快速地確定解題思路．

例1在由電阻和理想電源E 構成的電路中(如圖1),已知6個電阻的阻值相等,那么此時流過電池的電流為多少?

圖1

解題思路根據題設可知,在電路圖中電阻和節點的數量各6個,電源1個．在解答這類題時可以借助等效思維由繁入簡進行轉換．電路首先由電池正極與R1進行連接,緊接著從R1另一端依次與R2～R6相連,并回到電源負極,復雜的電路圖得以簡化(如圖2),解題思路瞬間變得清晰．

圖2

2 等效思維在物理過程中的轉化應用

將等效思維應用于物理過程中時,要確保研究對象在經過某一特定過程后,其狀態能夠與先前的狀態保持一致．

例2在兩支質量相同的玻璃管甲、乙中,分別裝有水平高度為h1和h2的水(如圖3)．兩管通過直徑為d 的細管連接,此時甲中的水逐漸流向乙中,一段時間后達到穩定狀態．問:大氣壓力對水是否做功?水的內能如何變化?

圖3

解題思路學生初看題目時,可能會產生一定的困擾,認為需要考慮大氣的壓力和水流速度．通過進一步分析可知,當兩支玻璃管中的水達到穩定狀態時,可認為僅僅是甲高出平衡水位的水流向了乙,其他部分的水并沒有發生改變(如圖4)．因此利用等效思維進行轉化可知,由于水的體積未發生變化,能夠判斷出大氣壓力對水不做功．但由于甲中的水移動到了乙中,高度下降了(h1－h2)/2,可知重力對水做功,從而導致水的內能增加．可見,等效思維可將煩瑣的物理過程變得清晰和簡單,有助于更好地培養學生的解題思維和解題能力．

圖4

3 結語

在教學中,教師要逐步培養和提高學生多樣化的解題思維和技巧,不應局限于傳統的解題步驟,要讓學生根據所設題目運用等效思維將所學知識化繁為簡,規避冗長和復雜的物理過程,更好地實現對所學知識的靈活運用,進而促進學生物理學科核心素養的發展．