刍议等效替代思想在高中物理力学解题中的应用

严谨

摘要：等效替代思想主要是指在某种物理特性或关系相同时，用等效的物理过程替代复杂的物理问题的研究思想。本文重点阐述等效替代思想在高中物理力学解题中的应用，希望可以帮助更多的高中生增强物理学习素养，提高探究物理过程和解决问题的能力。

关键词：等效替代思想；高中物理；力学；高中生

中图分类号：G633.7文献标识码：A文章编号：1992-7711（2021）01-0099

高中生运用等效替代思想解决高中物理力学知识，可以深刻体会力学概念、性质与计算方式，有利于高中生提高自身物理应用能力与学习成绩。利用等效替代思想大致包括理想模型法、控制变量法、实验推理法、放大法、转换法与类比法六种处理物理问题的方法，高中生可以将新旧知识相互联系，实现以旧代新。

一、等效替代思想在作用力中的应用

力学是高中物理的基础组成部分，高中物理必修1第三章《相互作用》中涵括“重力”“弹力”“摩擦力”“力和合成”“力的分解”，第四章讲的是《牛顿运动定律》，必修2第五章《曲线运动》中的“向心力”，第六章《万有引力》等。力学是高中物理考试的重点考查内容，具有一定的复杂性。高中生在学习作用力时经常会因为分析错误找不到解题思路，影响解题效果。如果将等效替代思想运用到力学知识中，高中生便可以通过分析合力与分力的等效替代，对作用力相关问题进行解答，有利于降低出现错误的可能性[1]。

当物理题面已经明确给出恒力时，高中生可以通过计算将恒力合并成为一个力，通过等效替代思想将复杂的题目转化得更加容易理解，采用构建受力模型的方式，对作用力方程进行解答，如此便可以有效降低解题时间，提高力学解题效率。例如，下面这道物理力学题“在一平面上存在一个质点，此质点受到来自东北方7N、东方4N、南方3N、西南方6.2N、西方2N以及西北方6N共六个作用力，其中南方3N与东方4N相互垂直，质点本身的质量为2千克，在6个作用力下，该质点处于平衡状态，假若将南方3N与东方4N同时撤销，质点会因为受力不均进入运动状态，问质点在运动过程中的加速度是多少？”。

通过分析题面，我们可以发现该题中的质点受力十分复杂，只有南方3N与东方4N的力相互垂直，东北方7N、西南方6.2N、西方2N和西北方6N这四个尚未撤销的力的方向并不确定。如果高中生想要求出质点的加速度，必须先求出未撤销的四个力的合力。我们假设四个未撤销力的合力为F1，已撤销力的合力为F2，只有当F1与F2处于相互平衡的状态下，质点受力才能平衡，F1是南方3N与东方4N的合力，这两个方向上的力相互垂直，高中生运用等效替代思想可以得出F1的大小，根据公式F=ma来计算运动状态下的质点的加速度。力学中存在很多复杂的知识点，高中生在利用等效替代思想解决理解问题时，需要先分析问题的本质特性，然后寻找替代物，将替代物应遵循的规律和解题方法运用到原问题中，从而得出正确结论。

二、运用等效替代思想的注意事项

1.本质等效

高中物理力学与其他事物不同，它具有独属于自身的物理本质与规律，高中生只有彻底掌握了这些本质和规律，才能真正学会高中力学知识，有效地解决在学习过程中产生的力学难题。将等效替代思想运用于力学的本质与规律探究中，可以帮助高中生将复杂的物理问题转化成简单的物理本质，降低分析与解题难度，开阔解题思路。例如：高中生在学习“重力”时，应该明白任何物理事物都会受到重力影响，从重力的产生效果来看，重力通过作用在某物理事物的重心，使其各部分力量实现均衡，尽管初接触重力知识的高中生可能并不理解重心的本质概念，但可以通过初中力学平衡概念对其进行替代，从而快速理解重力与重心知识。

2.具有科学性

等效替代思想具有极强的科学性，被广泛运用到物理实验验证、物理问题分析和物理探究过程中。高中生利用等效替代思想解决力学问题，可以使用一个力学物理量替代其他不易操作的力学物理量，以此降低力学物理实验操作难度，使实验结果更加直观且便于观察。高中生需要明白等效替代不是简单的替代，在解决力学实际问题时，必须深刻理解等效替代思想的内涵，学会化繁为简、以旧代新，从而真正解决力学难题，提高物理成绩。

3.重视实验

等效替代思想重视实验、本质与作用，既然我們可以从力学本质出发解决问题，就可以从实验和作用出发解决力学问题。在实际物理力学实验中，大多数高中生会因为在理解某一力学定律时出现问题，导致实验操作出现问题和错误，如果高中生等效替代思想利用不正确或者对实验题目有所误解，就会造成等效替代不科学和不合理等问题，影响最终实验效果[2]。因此，高中生需要认真解读等效替代思想，例如，当一个力的作用效果与几个力的作用效果相同时，高中生可以引入合力与分力的物理概念，既可以用合力等效替代分力效果，也可以用分力等效替代合力作用效果。

三、结束语

综上所述，在高中物理力学中运用等效替代思想，就是将复杂的力学现象、探究过程转化为简单的力学规律、分析过程。高中生将该思想运用到力学解题中，可以开阔解题思路，提高解题灵活性，不仅对培养逻辑思维、发散思维和联想能力具有促进作用，还能帮助高中生正确理解力学内涵，提高力学应用能力。

参考文献：

[1]陈赛梅.等效替代法在初中物理实验教学中的应用与思考[J].教育观察，2018，7（14）：39-40.

[2]李乐昊.等效替代思想在高中物理力学解题中的应用探究[J].现代经济信息，2017（21）：414.

（作者单位：湖南省益阳市箴言中学1801班413000）