探究等效思维在高中物理解题中的应用

马先伦

摘要：所谓等效思维，其主要指的是在效果同等的情况下，把相对陌生且复杂的物理对象合理转化为简单、清晰以及常见的物理模型，把未知变为已知，所以等效思维也被称之简化思维.运用此思维要求学生具有灵活性思维，且在物理解题过程中具有较大适用性，属于高中物理学习阶段学生需要掌握的一种重要思维.对此，文章将着眼高中物理解题，简要分析等效思维的相关应用路径.

关键词：高中物理;等效思维;物理解题

中图分类号：G632文献标识码：A文章编号：1008-0333（2022）03-0095-03

作为一种科学思维的等效思维，在一定程度上有利于学生能力发展.基于本质上分析，等效思维是以事物相同效果为基础做出的心理选择，其可以把原本繁琐的物理过程或复杂的物理现象，采取较为简单清晰的现象与过程呈现出来.通过等效思维一方面能对学习过程加以调节，另一方面还能大幅降低思维活动的难度，在解决物理问题过程中起到尤为关键的作用.

1 简析等效思维基本内涵

关于等效思维，也可称为等效替代思维，属于科学研究过程中相对常见的一种思维方法.将等效思维有效应用在高中物理解题中，有利于学生充分领会物理学科等效思维的基本内涵，还可以提升学生科学素养与物理解题效率.基于不断深化的高考改革形势，在物理命题方面不只是关注考核物理知识，逐渐渗透有关物理思想及方法的考核，物理最为重要解题方法的等效思维，充分掌握等效思维能大幅度提高自身的物理能力.而等效方法则是依托保障某一特性及关系、后果相同的情况下，把复杂实际的物理问题与过程变程度简单、等效且方便研究的问题与过程，进而对此展开处理与研讨.将等效思维有效应用在物理解题中，需重点关注以下几方面：首先，对物理教材充分挖掘，对教材中涵盖的等效思维重点分析，而且能灵活运用在学习中，对等效思维意识进行有效培养.其次，有意识应用等效思维，在实际物理解题时应尽可能考虑应用等效法，逐渐强化学生物理学习能力.最后，关注应用从而提高学生问题解决质量.

2 等效思想分类介绍

2.1 本质等效

物理学科知识与其他知识不同，部分物理知识虽然形式不同，但是却拥有着相同的本质.在求解物理问题的时候，只有掌握物理问题本质与规律，才能抽丝剥茧，寻找到复杂问题的简化求解方式，将复杂问题逐一攻破.物理本质和等效思想同等.比如：学习“重心”这一物理概念，如果教师单纯告诉学生所有物体都会受到重力所影响，那么，从力的作用效果分析，重力影响会在物体的某一点体现出来，是不同的分力得到平衡，这个点就是重心.由于学生掌握力的平衡相关概念，所以，教师可以选择概念本质的相似点，作为等效思想，渗透给学生，使其在解题过程，对于物理概念有深刻的了解.

2.2 作用等效

作用等效和物理本质的等效思想相类似，如果能够通过不同物理事物当中寻找到相同的本质，那么由物理事物产生的问题也必然有相似的求解方法.部分时候，虽然物理事物形式不同，但是产生的作用效果却较为相同，在解题过程，可以引领学生运用这种作用等效思想，看待作用效果.比如：电场产生的作用效果的等效代替，主要描述的是处于静电场中的物体受到电场力作用以后产生的效果，可以根据已知电场的受力对于特殊电场强度进行分析;而力的作用效果同样可以使用等效代替的方法，如果几个力产生的作用效果和一个力的效果相同，那么就可以使用合力代表几个分力的作用效果.上述思想在求解電场和力有关物理问题具有重要应用.

2.3 过程等效

在物理学科当中，过程有复杂、简单之分，如果物理过程具备独立性特点，那么在问题求解的过程当中就可以利用简单过程来替代复杂过程，这就是过程等效思想.物理问题当中，运用过程等效思想，需要兼具简单、复杂等过程条件.比如：在容积为100L的贮气桶内，存在压强30atm氢气，且内部温度27摄氏度，使用以后内部压强降为20atm，温度恒定，求用去了多少氢气？（标准情况下氢气密度为11.2g/L）

使用等效思想求解问题，需要注意，待求解问题是否可以拆解成几个简单的过程，借助中间状态将未知量求出，这样解题效率更高.

2.4 模型等效

模型等效思想的运用就是在物理问题分析方面，将复杂的问题和熟悉的问题进行类比，通过等效转化，按照物理规律建立解题模型.等效思想在电路问题的求解方面应用频率较高.比如：高中阶段的人船模型、卫星模型、碰撞模型、弹簧振子、子弹射木块等问题都可以利用模型等效的思想进行求解.通过模型等效思维的运用下，学生对于物理模型理解能力会有所提升，能够透过问题现象看到本质，根据具体问题特点，运用对应解题模型，将问题求解过程化简.

3 简析高中物理解题应用等效思维的相关路径

第一，将复杂物理现象简单化.有关高中物理问题会涉及许多物理现象，要学生没有对此形成深刻认识，则会直接影响到解题效果.出于将解题质量提高，学生可以被等效思维运用在实际解题中，对物理模型进行构建，把复杂问题变为所学内容，由此深化对物理现象的认识.

第二，通过等效思维构建物理模型.对于模型法而言，其属于一个研究对象或者是过程加以科学简化的过程，最大限度将主要因素突出，并忽视次要因素.在设计题目时，命题人在并不会单纯对学生掌握概念的程度进行考量，通常会把物理原理有效结合现实生活.此时应用物理模型法，能够将干扰内容排除，选出核心因素，建立一个相对简明、直观且效果同等的模型，以此为解题创造条件.

第三，通过等效思维实现等效替代.在等效思维方法中等效替代十分常见，主要是不对问题本质造成破坏的基础上，采取替代法来代替问题题干当中的某个组合或者是部分，由此实现复杂物理问题的简化与解决，可值得注意的是在采取该法解决问题时，一定要和物理问题具体情况相结合明确替代内容，防止违背问题本质，不然极易对解题精准度造成影响.

问题如图1（a）所示，等臂杠杆的AB两端配有材料成分相同的圆板，已知A端固定圆板半径是R，在圆板上挖出于半径是R2的r，如果OA=2R，求在杠杆维持平衡状态时的B端圆板半径？

图1

解析要是依据一般解题思路展开求解，则首先需要算出A端圆板重心位置，可是该计算方法相对繁琐且存在一定难度，要是能够使用等效替代法，则可以将计算流程简化.因为A端圆板自身挖一个圆孔，那么此时能假设其未挖孔，且这一部分出作用具有一个大小同等于挖取部分重力F作用于孔心C位置，如图1（b）然后再继续依据常规方法求解即可.

第四，通过等效思维开展等效类比.等效类比也是等效思维方法中相对常见的，通过类比扩展解题思路，例如类比以往和有关问题求解相类似的求解过程进行求解.

问题如图2所示，在一端P点固定有轻质弹簧劲度系数是K，在另一端连接一个质量是m的A球，质量为m的B球以V0的速度与球进行碰撞，然后两者一起滑动于光滑面上，然后继续进行往回运动，求取A球和B球相互脱离时所维持的时间？图2

解析针对题干信息进行分析，能够得出A球和B球两者做的是完全非弹性碰撞，然后两者做变加速运动，在这一时刻出于求取两球互相脱离的时间，如图2所示，分析其具体运动情况，通过分析得到两球一起运动时间能够等效看出一个弹簧振子耗费半个周期时间所需的时间.需要考虑到一个完整的弹簧振子的振动周期是T=2πmK，由此可得t=T2=π（m+m）K=

π2mK.

第五，将复杂问题条件等效化.出题人通常出于迷惑学生，会设计条件看起来复杂可实际上相对简单的物理问题，由此对学生学习成果进行检验.比如：在理想变压器中接入内阻是r，电动势是E的交流电源，将电阻是R的负载接在输入端，要想让R得到最大功率，原、副线圈的匝数比为多少？学生刚看到该问题时往往会无从下手.要是采取等效思维简化问题条件，明确内阻和输出功率存在的关系，则能快速解决.在处理物理问题过程中，等效思维发挥着“钥匙”的关键作用，无论是教师教学還是学生学习过程中都应该有效把握这把“钥匙”，针对高中学生问题分析与解决能力重点培养，这样学生在碰到实际问题时可以做到举一反三，充分应用等效思维可以在得到解题灵感的同时，强化学生的创新能力.

在具体教学与解题过程中，应科学引导学生采取多元解题方法与解题思路，精准将每道问题的题眼找出，能够将等效思维有效应用，把繁琐复杂的题型转换成方便学生理解的题型，防止物理过程冗长而进行更好地解题.同样在进行高中物理教学中对等效思维有效培养，能在具体解答时，把复杂繁琐的问题变得简化，具象相对抽象的物理定义，在具体解题过程中引导学生应用技巧性、灵活性的等效思维，从而强化学生个人思维能力.

参考文献：〖 于菲菲.等效思维在高中物理解题中的应用.中学物理教学参考，2019，48（16）：88-89.〖 刘裕祥.等效思维方法在高中物理教学中的应用.西部素质教育，2019，5（16）：225-226.〖 司德平.人教版高中物理必修教材中学科思想方法的提炼与统计.中学物理教学参考，2020，49（01）：21-23.〖 任镜圩，刘娟.等效电源法巧解高中物理电路问题.中学物理教学参考，2019，48（20）：58-60.

吕迎春.巧妙“抛锚” 提升高中物理教学质量.中学物理教学参考，2019，48（16）：42.

尚平均.等效思维在高中物理解题中的应用.中学物理教学参考，2017，46（16）：80-81.

3615500338261