等效思维方法在物理教学中的运用
2020-04-01徐卫东
徐卫东
摘 要：物理与人们的日常生活关系密切，无论是声、光、电、质量、密度、体积或是空间、动力、磁场等，都是人们生活不可或缺的组成部分。在高中物理学习过程中，学生面对复杂、抽象的物理知识通常会利用等效法将物理问题化繁为易、化难为简，因此等效法是一种非常重要的物理思维方式。本文主要阐述了等效思维的内涵，并深入分析了在高中物理教学中运用等效思维的有效策略。
关键词：高中物理;物理教学;等效思维;有效策略
高中物理是高中教育的重点内容，虽然与人们日常生活息息相关，但是物理知识通常复杂、抽象、难以理解。在遇见物理难题时，学生通常会采用逆向思维法、类比法、隔离法、等效法等物理方法解决物理问题。
一、等效思维的概述
等效思維方法是一种常用的科学思维方法，是在保证效果、关系或者特性相同的前提下，把复杂的物理现象、过程、模型、物理图像和相互作用转化为简单的物理现象、过程、模型、物理图像和相互作用。
二、在物理教学中运用等效思维的策略
（一）利用等效思维理解物理定理、推论
在初中物理学习中，概念、定理是物理知识重要组成部分，多数学生认为物理概念过于枯燥而且难以理解，常会以背诵的方式进行记忆，而死记硬背在解决复杂的物理问题时并不能取得好的效果。在这种情况下，教师在开展物理概念教学时，就要通过等效思维的方式，帮助学生从已经简化的现象中，推论出定理知识，从而加深对概念知识的印象。比如：在学习“物块在平衡力的情况下保持匀速直线运动或者静止状态”这一概念时，多数学生对此存在一定的误解，具体来说就是认为在此状态中的两种运动状态是不受力的，这种错误的观念使学生在进行解题时，经常出错。针对这种情况，教师在进行力学知识教学过程中，加强对学生的引导，“受力平衡”即合力为零不等于“不受力”，促使其能够明白二者产生的效果是相同的，只有这样才能让学生更为全面地认识到物块受力平衡等同于不受力，进而在一定程度上加深对这节知识的理解，提高解题正确率。
（二）运用等效思维构建物理模型
高中物理中存在许多复杂的物理原型，这些原型不易理解，给学生学习和解题造成负担，在等效转换法下，我们可以用简单易懂的物理模型替代复杂的物理模型[1]。例如：用两根等长的细线悬挂一只小球组成了所谓的双线摆，若线长为L，两线与天花板的左右两侧的夹角均为α，当小球在垂直于纸面的平面内作简谐运动时，周期等于多少？本题的双线摆模型是陌生的，而所求的运动模型发现完全可以用一个单摆来等效替代，其单摆的摆长为Lsinα，所以一旦将双线摆模型等效为摆长为Lsinα的单摆模型，运用单摆的周期公式 （其中L是单摆摆长，g是地球重力加速度）很容易求解，本题答案为 。
（三）运用等效思维转换物理运动过程
运动过程的等效转换方法，就是运用一种或多种简单的运动过程替换复杂的物理运动过程。如可以把一个物体的曲线运动等效分解成水平方向的运动和竖直方向的自由落体运动，这样的等效转换，简化了解题步骤，更易于学生理解和学习。例如：小球从空中以水平速度抛出，落地前1秒时，速度方向与水平方向夹角为30°，落地时速度方向与水平方向夹角为60°，g=10m/s2，求小球在空中运动的时间及抛出时的初速度。首先，假设水平初速度为v0，其次，在曲线运动时，其速度可分解为水平速度与竖直速度，其中vy=g（t-1）=v0tan30°，vy2=gt=v0tan60°，最后，由竖直方向上自由落体运动知vy与vy2的关系，最后解得t=1.5s，v0=8.65vy。
（四）作用等效、化繁为简
作用等效就是虽然有不同的表现形式，但其对同一事物的作用效果是相同的，对于问题的分析与解答不会产生丝毫影响，从而用一种更为简单的作用代替原题中较为复杂的部分作用，达到简化解题步骤的效果。例如图2所示，某质点的质量为2kg，受到六个大小、方向各不相同的共点力的作用处于平衡状态，今撤去其中的3N和4N的两个互相垂直的力，求质点的加速度。本题中各力的方向都没有明确标定，撤去两个力后合力是什么方向一时难以确定，但从力的作用效果分析，其中7N、6N、2N三个力的合力F甲一定与这两个力3N、4N的合力F乙平衡， 7N、6N、2N三个力的作用效果与两个力3N、4N的作用效果相同，因此撤掉3N和4N的两个力，质点受到的合力可以假定认为只有F乙，加速度a=F合/m=F乙/m=2.5m/s2。
结语
总而言之，等效思维是物理学中重要的思维方法，在高中物理教学过程中，培养学生的等效思维，可以帮助学生在解答物理问题时，将复杂的问题简单化，把抽象的物理定义具体化，因此，教师要在教学中，积极采取有效措施，科学合理渗透等效思维，引导学生在解题中带有灵活性、技巧性地运用等效思维，提高学生的物理综合能力。
参考文献
[1] 朱向荣.等效思维方法在高中物理教学中的运用[J].师道：教研，2017（3）：70.
