“等效法”在高中物理教學中的應用

朱伶俊

摘要：物理思想方法是物理學科的重要培養對象。物理知識是明確具體的，但是物理的想法是隱含的和抽象的。“等効法”是物理思想方法中重要的方法之一，具有隱蔽性高、適用范圍廣的特征，對教師的教育和學生的學習和應用帶來很大的困難。文章定義了“等効法”的概念，論述了高中物理教育中的作用和方法。

關鍵詞：物理模型;等效概念;等效法;等效過程

科學思想是物理專業核心素質的關鍵，是物理觀念、科學探索、科學態度和責任精神的基石和核心。物理教學設置、課程實施，應以培養和發展學生的科學思維為核心。本文將從"等效法"概念的界定、"等效法"在認識高中物理的作用等方面探討"等效法"教育的策略。

一、利用“等效法”具化抽象概念

物理概念常常是抽象的，其內涵和外延比較難理解。相當多的物理概念在定義過程中利用“等效法”，將復雜的過程轉化為更明確的概念進行說明。

例如，關于人教版高中物理必修第一冊（2019年版）的“力的合成和分解”課，老師通常把這門課的重點放在合成和分解的數學運算上，結合力和力的概念，缺乏概念的生成過程。學生不知道那個物理上的意思。理解一些力量的簡單合并。因為理解力的分解作為力量的簡單的分割，所以在之后的運動和運動學習中容易出錯。老師讓學生比較了兩種情況中什么是一樣的，學生簡單地回答了。我把水桶都拿起來了。兩個水桶的效果是一樣的。然后，老師指導學生用兩個人的手畫桶的力量的圖樣，總結指導學生。使某個力作用于某個物體的話，其效果和使多個力一起作用于這個物體的效果是完全相同的。這個力量被稱為那個力量的綜合力。明顯地合力有效地互相替換。利用這種情景產生了合力致力的概念，并自然而然地使用了“等效法”，使知識點更簡潔易懂，在學生掌握物理基礎知識的同時，也增強了物理學科的核心素質。

二、利用“等效法”簡化物理過程

通常情況下，遇到比較復雜、抽象的物理過程時，往往需要將其與已知的物理過程建立等效關系。如果一個復雜的物理過程與若干個簡單的物理過程是等效的，我們就可以用這若干個簡單的過程來替換該復雜的物理過程，這樣的處理方式就是利用了“等效法”。

比如，曲線運動是學生在高中階段第一次接觸的比較復雜的運動，是高中物理教學中的重難點，也是自然界普遍存在的一種運動形式。在教學中，教師可以讓學生參與實驗，建立合運動、分運動的概念，從而掌握曲線運動的處理方法。第一次實驗：學生甲先將玻璃管緊貼黑板，玻璃管內放一蠟塊，裝滿水，塞上木塞，再將玻璃管豎直倒置后靜止不動，同時，學生乙觀察蠟塊緩慢上浮，每隔時間T就在黑板上標記蠟塊的位置。第二次實驗：學生甲將玻璃管倒置后，在蠟塊上浮的同時緩慢水平移動玻璃管，學生乙每隔時間T在黑板上標記蠟塊位置。實驗結束后，教師引導學生分析兩次實驗，并得出結論：第一次實驗，蠟塊的運動可近似看作豎直向上做勻速直線運動;第二次實驗，蠟塊既做豎直運動，又做水平運動，這兩個運動合起來就是它的實際運動，也就是說，實際運動與豎直運動和水平運動合起來是等效的。我們把物體的實際運動叫作合運動，物體同時參與的若干獨立運動叫作分運動，合運動與分運動可相互替換。在此基礎上，教師可以引導學生思考，若第二次實驗中，玻璃管在水平方向上做勻加速直線運動，應該如何研究此種情景下蠟塊的運動，讓學生體會“等效法”的精妙之處，在重視概念生成的同時，滲透物理思想。這樣，既構建了新知，又激活了學生思維，并為后續研究平拋運動做了很好的鋪墊。

三、利用“等效法”研究物理規律

在研究復雜問題時常用的方法是用熟悉的簡單方法來處理，若復雜問題的某一部分規律與簡單問題的方法規律相同，我們就可以用簡單問題的方法規律來等效替換復雜問題的這一部分規律。

比如，測量電源的電動勢和內阻是物理實驗教學的重難點，特別是對于誤差的分析。在教學中，教師一般采用的方法是改變滑動變阻器滑片的位置，讀出電流表與電壓表的示數，畫出I-U圖像，根據圖像信息得出電動勢和內阻。由于電流表的分壓作用導致測量有系統誤差，采用這樣的分析對學生來說難度較大，很難實現教學目標。為此教師必須改進教學策略，虛線框中的電流表與實際電源一樣可作為一個電源，而這樣的電源稱為等效電源。滑動變阻器和電壓表是外電路，等效電源的電動勢相當于外電路開路時的電流，與實際電源的電動勢相當，因此等效電源的內部阻抗即為實際電源的內部阻抗和電流表電阻系數之和。所以，如果使用這樣的電路檢測的感應電動勢和實際值一樣，則測量的內部電阻偏大。這樣的課程設計學生更容易掌握，遵循了深度教學的原理，更能觸及物理的實質，并逐步使學生學會舉一反三、觸類旁通，從而引發了學生對學習物理的濃厚興趣。

四、結語

教師要重視物理思維教育。這是培養學生科學思考的關鍵和具體途徑。教師通過設置具體情況，使學生在問題驅動下，通過團隊合作探究意境背后的物理本質，類推，可以一舉達到反對的效果。遇到復雜多變的問題時，教師建立合理的思考階段讓學生逐步發掘問題背后的物理本質，進而掌握物理學的研究方法，順利解決實際問題。

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