淺析高中物理教學(xué)中的“等效”

駱士珍

摘 要：“等效”即效果相同，它是指在研究物理問(wèn)題時(shí)抓住問(wèn)題的主要因素，忽略次要方面，讓物理概念和規(guī)律簡(jiǎn)單化，讓人易于理解的一種思維方法。主要通過(guò)一些具體實(shí)例闡述這種思維在物理教學(xué)中的重要性。

關(guān)鍵詞：概念；規(guī)律；情景；等效；模型

物理中的很多基本概念和基本規(guī)律都是建立在等效的基礎(chǔ)之上，但需要說(shuō)明的是等效的應(yīng)用必須具有相同的效果，同時(shí)等效過(guò)程需要具備一定的前提條件，例如重心的概念。實(shí)際上地球?qū)ξ矬w的各個(gè)部分都有作用，要使物體各個(gè)部分的受力都要考慮那就太復(fù)雜了，因此對(duì)于簡(jiǎn)單問(wèn)題的討論就可以把這些力等效為一個(gè)力，其作用點(diǎn)這就是重心。下面主要從三個(gè)層面來(lái)分析“等效”思維的應(yīng)用。

一、“等效”在基本概念和規(guī)律中的應(yīng)用

在建立物理概念時(shí)，“等效”思想可以說(shuō)體現(xiàn)得淋漓盡致，比如質(zhì)點(diǎn)的概念、點(diǎn)電荷的概念、電流元的概念等，通過(guò)這樣處理便于對(duì)問(wèn)題的研究。在研究平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)，把平拋運(yùn)動(dòng)分解為兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng)，其實(shí)這種分解就是一種等效思想的體現(xiàn)。通過(guò)運(yùn)動(dòng)的分解把復(fù)雜問(wèn)題變?yōu)楹?jiǎn)單問(wèn)題，可以用熟悉的規(guī)律解決新問(wèn)題。

二、“等效”在物理實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

1.探究求合力的方法

當(dāng)一個(gè)成年人提水桶用的力F與兩個(gè)孩子提水桶用的力F1和F2效果相同時(shí)，這個(gè)力F就叫做F1和F2的合力，F(xiàn)1和F2叫做分力。那么合力和分力之間遵循什么規(guī)律呢？下面通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)探究這個(gè)規(guī)律，實(shí)驗(yàn)裝置如圖1。圖中測(cè)力計(jì)A、B測(cè)得的是兩分力，測(cè)力計(jì)C測(cè)得的是合力，這兩次測(cè)量橡皮筋與繩子的結(jié)點(diǎn)必須在同一位置O點(diǎn)，目的是為了保證兩次橡皮筋拉伸的效果相等，這也是該實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵點(diǎn)之一。

2.測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻

用伏安法測(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻實(shí)驗(yàn)中，為了減少實(shí)驗(yàn)誤差，如果被測(cè)電源是干電池，一般采用電路圖甲，如果被測(cè)電源是內(nèi)阻較大的水果電池，一般采用電路圖乙。本實(shí)驗(yàn)的測(cè)量對(duì)象是電源，如果還從分流分壓的角度來(lái)看問(wèn)題就比較難了，但采用等效電源的方式來(lái)處理問(wèn)題就會(huì)迎刃而解了。把圖甲虛線框部分看成一個(gè)“等效電源”，則所測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)偏小，所測(cè)內(nèi)阻也偏小。同樣把圖乙虛線框部分看成一個(gè)“等效電源”，則測(cè)量結(jié)果是等效電源的電動(dòng)勢(shì)無(wú)系統(tǒng)誤差，所測(cè)電源內(nèi)阻偏大。

三、“等效”在物理模型或情境中的應(yīng)用

“等效”在物理模型或情境建立中的應(yīng)用非常普遍，比如自由落體運(yùn)動(dòng)、類平拋運(yùn)動(dòng)、導(dǎo)線切割磁感線時(shí)導(dǎo)線的等效長(zhǎng)度、彈簧振子模型、單擺模型等。比如單擺模型，當(dāng)擺角θ小于5°時(shí)單擺可以看成簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，單擺的周期公式T=2π。但是對(duì)于一些變化后的模型這個(gè)公式顯然是不能直接使用，這時(shí)可以引入“等效”思想，如圖2三種情況：甲圖中雙線擺的等效擺長(zhǎng)為lsinθ，其周期大小T=2π。乙圖模型中的等效加速度為gsinθ，其周期大小T=2π，同樣丙圖模型中的等效加速度為g+a，其周期大小T=2π。

再如，通電導(dǎo)線在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中受到安培力的問(wèn)題中也有“等效”思想的應(yīng)用。在用公式F=BIL計(jì)算安培力的前提是磁場(chǎng)和電流要相互垂直，而且導(dǎo)線要直的。如圖3這種情況，要找到相應(yīng)的等效長(zhǎng)度（如圖中的虛線長(zhǎng)度）才能代入公式計(jì)算安培力。當(dāng)然在電磁感應(yīng)問(wèn)題中用E=BLV計(jì)算感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)時(shí)，也可以用類似的方法解決問(wèn)題。

“等效”作為一種重要的物理思想之一應(yīng)用得非常普遍，這里不能一一舉出，它對(duì)物理問(wèn)題解決具有重要意義，在應(yīng)用過(guò)程中可以使學(xué)生對(duì)概念和規(guī)律有更深刻理解，同時(shí)也有利于培養(yǎng)學(xué)生把實(shí)際問(wèn)題轉(zhuǎn)換成物理模型的能力，對(duì)提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)有很大益處。