探究等效思維在高中物理解題中的應(yīng)用

馬先倫

摘要：所謂等效思維，其主要指的是在效果同等的情況下，把相對陌生且復(fù)雜的物理對象合理轉(zhuǎn)化為簡單、清晰以及常見的物理模型，把未知變?yōu)橐阎?，所以等效思維也被稱之簡化思維.運用此思維要求學(xué)生具有靈活性思維，且在物理解題過程中具有較大適用性，屬于高中物理學(xué)習(xí)階段學(xué)生需要掌握的一種重要思維.對此，文章將著眼高中物理解題，簡要分析等效思維的相關(guān)應(yīng)用路徑.

關(guān)鍵詞：高中物理;等效思維;物理解題

中圖分類號：G632文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1008-0333（2022）03-0095-03

作為一種科學(xué)思維的等效思維，在一定程度上有利于學(xué)生能力發(fā)展.基于本質(zhì)上分析，等效思維是以事物相同效果為基礎(chǔ)做出的心理選擇，其可以把原本繁瑣的物理過程或復(fù)雜的物理現(xiàn)象，采取較為簡單清晰的現(xiàn)象與過程呈現(xiàn)出來.通過等效思維一方面能對學(xué)習(xí)過程加以調(diào)節(jié)，另一方面還能大幅降低思維活動的難度，在解決物理問題過程中起到尤為關(guān)鍵的作用.

1 簡析等效思維基本內(nèi)涵

關(guān)于等效思維，也可稱為等效替代思維，屬于科學(xué)研究過程中相對常見的一種思維方法.將等效思維有效應(yīng)用在高中物理解題中，有利于學(xué)生充分領(lǐng)會物理學(xué)科等效思維的基本內(nèi)涵，還可以提升學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)與物理解題效率.基于不斷深化的高考改革形勢，在物理命題方面不只是關(guān)注考核物理知識，逐漸滲透有關(guān)物理思想及方法的考核，物理最為重要解題方法的等效思維，充分掌握等效思維能大幅度提高自身的物理能力.而等效方法則是依托保障某一特性及關(guān)系、后果相同的情況下，把復(fù)雜實際的物理問題與過程變程度簡單、等效且方便研究的問題與過程，進(jìn)而對此展開處理與研討.將等效思維有效應(yīng)用在物理解題中，需重點關(guān)注以下幾方面：首先，對物理教材充分挖掘，對教材中涵蓋的等效思維重點分析，而且能靈活運用在學(xué)習(xí)中，對等效思維意識進(jìn)行有效培養(yǎng).其次，有意識應(yīng)用等效思維，在實際物理解題時應(yīng)盡可能考慮應(yīng)用等效法，逐漸強(qiáng)化學(xué)生物理學(xué)習(xí)能力.最后，關(guān)注應(yīng)用從而提高學(xué)生問題解決質(zhì)量.

2 等效思想分類介紹

2.1 本質(zhì)等效

物理學(xué)科知識與其他知識不同，部分物理知識雖然形式不同，但是卻擁有著相同的本質(zhì).在求解物理問題的時候，只有掌握物理問題本質(zhì)與規(guī)律，才能抽絲剝繭，尋找到復(fù)雜問題的簡化求解方式，將復(fù)雜問題逐一攻破.物理本質(zhì)和等效思想同等.比如：學(xué)習(xí)“重心”這一物理概念，如果教師單純告訴學(xué)生所有物體都會受到重力所影響，那么，從力的作用效果分析，重力影響會在物體的某一點體現(xiàn)出來，是不同的分力得到平衡，這個點就是重心.由于學(xué)生掌握力的平衡相關(guān)概念，所以，教師可以選擇概念本質(zhì)的相似點，作為等效思想，滲透給學(xué)生，使其在解題過程，對于物理概念有深刻的了解.

2.2 作用等效

作用等效和物理本質(zhì)的等效思想相類似，如果能夠通過不同物理事物當(dāng)中尋找到相同的本質(zhì)，那么由物理事物產(chǎn)生的問題也必然有相似的求解方法.部分時候，雖然物理事物形式不同，但是產(chǎn)生的作用效果卻較為相同，在解題過程，可以引領(lǐng)學(xué)生運用這種作用等效思想，看待作用效果.比如：電場產(chǎn)生的作用效果的等效代替，主要描述的是處于靜電場中的物體受到電場力作用以后產(chǎn)生的效果，可以根據(jù)已知電場的受力對于特殊電場強(qiáng)度進(jìn)行分析;而力的作用效果同樣可以使用等效代替的方法，如果幾個力產(chǎn)生的作用效果和一個力的效果相同，那么就可以使用合力代表幾個分力的作用效果.上述思想在求解電場和力有關(guān)物理問題具有重要應(yīng)用.

2.3 過程等效

在物理學(xué)科當(dāng)中，過程有復(fù)雜、簡單之分，如果物理過程具備獨立性特點，那么在問題求解的過程當(dāng)中就可以利用簡單過程來替代復(fù)雜過程，這就是過程等效思想.物理問題當(dāng)中，運用過程等效思想，需要兼具簡單、復(fù)雜等過程條件.比如：在容積為100L的貯氣桶內(nèi)，存在壓強(qiáng)30atm氫氣，且內(nèi)部溫度27攝氏度，使用以后內(nèi)部壓強(qiáng)降為20atm，溫度恒定，求用去了多少氫氣？（標(biāo)準(zhǔn)情況下氫氣密度為11.2g/L）

使用等效思想求解問題，需要注意，待求解問題是否可以拆解成幾個簡單的過程，借助中間狀態(tài)將未知量求出，這樣解題效率更高.

2.4 模型等效

模型等效思想的運用就是在物理問題分析方面，將復(fù)雜的問題和熟悉的問題進(jìn)行類比，通過等效轉(zhuǎn)化，按照物理規(guī)律建立解題模型.等效思想在電路問題的求解方面應(yīng)用頻率較高.比如：高中階段的人船模型、衛(wèi)星模型、碰撞模型、彈簧振子、子彈射木塊等問題都可以利用模型等效的思想進(jìn)行求解.通過模型等效思維的運用下，學(xué)生對于物理模型理解能力會有所提升，能夠透過問題現(xiàn)象看到本質(zhì)，根據(jù)具體問題特點，運用對應(yīng)解題模型，將問題求解過程化簡.

3 簡析高中物理解題應(yīng)用等效思維的相關(guān)路徑

第一，將復(fù)雜物理現(xiàn)象簡單化.有關(guān)高中物理問題會涉及許多物理現(xiàn)象，要學(xué)生沒有對此形成深刻認(rèn)識，則會直接影響到解題效果.出于將解題質(zhì)量提高，學(xué)生可以被等效思維運用在實際解題中，對物理模型進(jìn)行構(gòu)建，把復(fù)雜問題變?yōu)樗鶎W(xué)內(nèi)容，由此深化對物理現(xiàn)象的認(rèn)識.

第二，通過等效思維構(gòu)建物理模型.對于模型法而言，其屬于一個研究對象或者是過程加以科學(xué)簡化的過程，最大限度將主要因素突出，并忽視次要因素.在設(shè)計題目時，命題人在并不會單純對學(xué)生掌握概念的程度進(jìn)行考量，通常會把物理原理有效結(jié)合現(xiàn)實生活.此時應(yīng)用物理模型法，能夠?qū)⒏蓴_內(nèi)容排除，選出核心因素，建立一個相對簡明、直觀且效果同等的模型，以此為解題創(chuàng)造條件.

第三，通過等效思維實現(xiàn)等效替代.在等效思維方法中等效替代十分常見，主要是不對問題本質(zhì)造成破壞的基礎(chǔ)上，采取替代法來代替問題題干當(dāng)中的某個組合或者是部分，由此實現(xiàn)復(fù)雜物理問題的簡化與解決，可值得注意的是在采取該法解決問題時，一定要和物理問題具體情況相結(jié)合明確替代內(nèi)容，防止違背問題本質(zhì)，不然極易對解題精準(zhǔn)度造成影響.

問題如圖1（a）所示，等臂杠桿的AB兩端配有材料成分相同的圓板，已知A端固定圓板半徑是R，在圓板上挖出于半徑是R2的r，如果OA=2R，求在杠桿維持平衡狀態(tài)時的B端圓板半徑？

圖1

解析要是依據(jù)一般解題思路展開求解，則首先需要算出A端圓板重心位置，可是該計算方法相對繁瑣且存在一定難度，要是能夠使用等效替代法，則可以將計算流程簡化.因為A端圓板自身挖一個圓孔，那么此時能假設(shè)其未挖孔，且這一部分出作用具有一個大小同等于挖取部分重力F作用于孔心C位置，如圖1（b）然后再繼續(xù)依據(jù)常規(guī)方法求解即可.

第四，通過等效思維開展等效類比.等效類比也是等效思維方法中相對常見的，通過類比擴(kuò)展解題思路，例如類比以往和有關(guān)問題求解相類似的求解過程進(jìn)行求解.

問題如圖2所示，在一端P點固定有輕質(zhì)彈簧勁度系數(shù)是K，在另一端連接一個質(zhì)量是m的A球，質(zhì)量為m的B球以V0的速度與球進(jìn)行碰撞，然后兩者一起滑動于光滑面上，然后繼續(xù)進(jìn)行往回運動，求取A球和B球相互脫離時所維持的時間？圖2

解析針對題干信息進(jìn)行分析，能夠得出A球和B球兩者做的是完全非彈性碰撞，然后兩者做變加速運動，在這一時刻出于求取兩球互相脫離的時間，如圖2所示，分析其具體運動情況，通過分析得到兩球一起運動時間能夠等效看出一個彈簧振子耗費半個周期時間所需的時間.需要考慮到一個完整的彈簧振子的振動周期是T=2πmK，由此可得t=T2=π（m+m）K=

π2mK.

第五，將復(fù)雜問題條件等效化.出題人通常出于迷惑學(xué)生，會設(shè)計條件看起來復(fù)雜可實際上相對簡單的物理問題，由此對學(xué)生學(xué)習(xí)成果進(jìn)行檢驗.比如：在理想變壓器中接入內(nèi)阻是r，電動勢是E的交流電源，將電阻是R的負(fù)載接在輸入端，要想讓R得到最大功率，原、副線圈的匝數(shù)比為多少？學(xué)生剛看到該問題時往往會無從下手.要是采取等效思維簡化問題條件，明確內(nèi)阻和輸出功率存在的關(guān)系，則能快速解決.在處理物理問題過程中，等效思維發(fā)揮著“鑰匙”的關(guān)鍵作用，無論是教師教學(xué)還是學(xué)生學(xué)習(xí)過程中都應(yīng)該有效把握這把“鑰匙”，針對高中學(xué)生問題分析與解決能力重點培養(yǎng)，這樣學(xué)生在碰到實際問題時可以做到舉一反三，充分應(yīng)用等效思維可以在得到解題靈感的同時，強(qiáng)化學(xué)生的創(chuàng)新能力.

在具體教學(xué)與解題過程中，應(yīng)科學(xué)引導(dǎo)學(xué)生采取多元解題方法與解題思路，精準(zhǔn)將每道問題的題眼找出，能夠?qū)⒌刃季S有效應(yīng)用，把繁瑣復(fù)雜的題型轉(zhuǎn)換成方便學(xué)生理解的題型，防止物理過程冗長而進(jìn)行更好地解題.同樣在進(jìn)行高中物理教學(xué)中對等效思維有效培養(yǎng)，能在具體解答時，把復(fù)雜繁瑣的問題變得簡化，具象相對抽象的物理定義，在具體解題過程中引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用技巧性、靈活性的等效思維，從而強(qiáng)化學(xué)生個人思維能力.

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