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(duì)陌生且復(fù)雜的物理對(duì)象合理轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單、清晰以及常見(jiàn)的物理模型，把未知變?yōu)橐阎?，所以等效思維也被稱(chēng)之簡(jiǎn)化思維.運(yùn)用此思維要求學(xué)生具有靈活性思維，且在物理解題過(guò)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(duì)此，文章將著眼高中物理解題，簡(jiǎn)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(lèi)號(hào)：G632文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：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(guò)程或復(fù)雜的物理現(xiàn)象，采取較為簡(jiǎn)單清晰的現(xiàn)象與過(guò)程呈現(xiàn)出來(lái).通過(guò)等效思維一方面能對(duì)學(xué)習(xí)過(guò)程加以調(diào)節(jié)，另一方面還能大幅降低思維活動(dòng)的難度，在解決物理問(wèn)題過(guò)程中起到尤為關(guān)鍵的作用.

1 簡(jiǎn)析等效思維基本內(nèi)涵

關(guān)于等效思維，也可稱(chēng)為等效替代思維，屬于科學(xué)研究過(guò)程中相對(duì)常見(jiàn)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(huì)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(shì)，在物理命題方面不只是關(guān)注考核物理知識(shí)，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(shí)際的物理問(wèn)題與過(guò)程變程度簡(jiǎn)單、等效且方便研究的問(wèn)題與過(guò)程，進(jìn)而對(duì)此展開(kāi)處理與研討.將等效思維有效應(yīng)用在物理解題中，需重點(diǎn)關(guān)注以下幾方面：首先，對(duì)物理教材充分挖掘，對(duì)教材中涵蓋的等效思維重點(diǎn)分析，而且能靈活運(yùn)用在學(xué)習(xí)中，對(duì)等效思維意識(shí)進(jìn)行有效培養(yǎng).其次，有意識(shí)應(yīng)用等效思維，在實(shí)際物理解題時(shí)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(wèn)題解決質(zhì)量.

2 等效思想分類(lèi)介紹

2.1 本質(zhì)等效

物理學(xué)科知識(shí)與其他知識(shí)不同，部分物理知識(shí)雖然形式不同，但是卻擁有著相同的本質(zhì).在求解物理問(wèn)題的時(shí)候，只有掌握物理問(wèn)題本質(zhì)與規(guī)律，才能抽絲剝繭，尋找到復(fù)雜問(wèn)題的簡(jiǎn)化求解方式，將復(fù)雜問(wèn)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(huì)受到重力所影響，那么，從力的作用效果分析，重力影響會(huì)在物體的某一點(diǎn)體現(xiàn)出來(lái)，是不同的分力得到平衡，這個(gè)點(diǎn)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(diǎn)，作為等效思想，滲透給學(xué)生，使其在解題過(guò)程，對(duì)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(lèi)似，如果能夠通過(guò)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(wèn)題也必然有相似的求解方法.部分時(shí)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(guò)程，可以引領(lǐng)學(xué)生運(yùn)用這種作用等效思想，看待作用效果.比如：電場(chǎng)產(chǎn)生的作用效果的等效代替，主要描述的是處于靜電場(chǎng)中的物體受到電場(chǎng)力作用以后產(chǎn)生的效果，可以根據(jù)已知電場(chǎng)的受力對(duì)于特殊電場(chǎng)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(gè)力產(chǎn)生的作用效果和一個(gè)力的效果相同，那么就可以使用合力代表幾個(gè)分力的作用效果.上述思想在求解電場(chǎng)和力有關(guān)物理問(wèn)題具有重要應(yīng)用.

2.3 過(guò)程等效

在物理學(xué)科當(dāng)中，過(guò)程有復(fù)雜、簡(jiǎn)單之分，如果物理過(guò)程具備獨(dú)立性特點(diǎn)，那么在問(wèn)題求解的過(guò)程當(dāng)中就可以利用簡(jiǎn)單過(guò)程來(lái)替代復(fù)雜過(guò)程，這就是過(guò)程等效思想.物理問(wèn)題當(dāng)中，運(yùn)用過(guò)程等效思想，需要兼具簡(jiǎn)單、復(fù)雜等過(guò)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(wèn)題，需要注意，待求解問(wèn)題是否可以拆解成幾個(gè)簡(jiǎn)單的過(guò)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(yùn)用就是在物理問(wèn)題分析方面，將復(fù)雜的問(wèn)題和熟悉的問(wèn)題進(jìn)行類(lèi)比，通過(guò)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(wèn)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(wèn)題都可以利用模型等效的思想進(jìn)行求解.通過(guò)模型等效思維的運(yùn)用下，學(xué)生對(duì)于物理模型理解能力會(huì)有所提升，能夠透過(guò)問(wèn)題現(xiàn)象看到本質(zhì)，根據(jù)具體問(wèn)題特點(diǎn)，運(yùn)用對(duì)應(yīng)解題模型，將問(wèn)題求解過(guò)程化簡(jiǎn).

3 簡(jiǎn)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(jiǎn)單化.有關(guān)高中物理問(wèn)題會(huì)涉及許多物理現(xiàn)象，要學(xué)生沒(méi)有對(duì)此形成深刻認(rèn)識(shí)，則會(huì)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(yùn)用在實(shí)際解題中，對(duì)物理模型進(jìn)行構(gòu)建，把復(fù)雜問(wèn)題變?yōu)樗鶎W(xué)內(nèi)容，由此深化對(duì)物理現(xiàn)象的認(rèn)識(shí).

第二，通過(guò)等效思維構(gòu)建物理模型.對(duì)于模型法而言，其屬于一個(gè)研究對(duì)象或者是過(guò)程加以科學(xué)簡(jiǎn)化的過(guò)程，最大限度將主要因素突出，并忽視次要因素.在設(shè)計(jì)題目時(shí)，命題人在并不會(huì)單純對(duì)學(xué)生掌握概念的程度進(jìn)行考量，通常會(huì)把物理原理有效結(jié)合現(xiàn)實(shí)生活.此時(shí)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(gè)相對(duì)簡(jiǎn)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(guò)等效思維實(shí)現(xiàn)等效替代.在等效思維方法中等效替代十分常見(jiàn)，主要是不對(duì)問(wèn)題本質(zhì)造成破壞的基礎(chǔ)上，采取替代法來(lái)代替問(wèn)題題干當(dāng)中的某個(gè)組合或者是部分，由此實(shí)現(xiàn)復(fù)雜物理問(wèn)題的簡(jiǎn)化與解決，可值得注意的是在采取該法解決問(wèn)題時(shí)，一定要和物理問(wèn)題具體情況相結(jié)合明確替代內(nèi)容，防止違背問(wèn)題本質(zhì)，不然極易對(duì)解題精準(zhǔn)度造成影響.

問(wèn)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(shí)的B端圓板半徑？

圖1

解析要是依據(jù)一般解題思路展開(kāi)求解，則首先需要算出A端圓板重心位置，可是該計(jì)算方法相對(duì)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(jì)算流程簡(jiǎn)化.因?yàn)锳端圓板自身挖一個(gè)圓孔，那么此時(shí)能假設(shè)其未挖孔，且這一部分出作用具有一個(gè)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(guò)等效思維開(kāi)展等效類(lèi)比.等效類(lèi)比也是等效思維方法中相對(duì)常見(jiàn)的，通過(guò)類(lèi)比擴(kuò)展解題思路，例如類(lèi)比以往和有關(guān)問(wèn)題求解相類(lèi)似的求解過(guò)程進(jìn)行求解.

問(wèn)題如圖2所示，在一端P點(diǎn)固定有輕質(zhì)彈簧勁度系數(shù)是K，在另一端連接一個(gè)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(dòng)于光滑面上，然后繼續(xù)進(jìn)行往回運(yùn)動(dòng)，求取A球和B球相互脫離時(shí)所維持的時(shí)間？圖2

解析針對(duì)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(yùn)動(dòng)，在這一時(shí)刻出于求取兩球互相脫離的時(shí)間，如圖2所示，分析其具體運(yùn)動(dòng)情況，通過(guò)分析得到兩球一起運(yùn)動(dòng)時(shí)間能夠等效看出一個(gè)彈簧振子耗費(fèi)半個(gè)周期時(shí)間所需的時(shí)間.需要考慮到一個(gè)完整的彈簧振子的振動(dòng)周期是T=2πmK，由此可得t=T2=π（m+m）K=

π2mK.

第五，將復(fù)雜問(wèn)題條件等效化.出題人通常出于迷惑學(xué)生，會(huì)設(shè)計(jì)條件看起來(lái)復(fù)雜可實(shí)際上相對(duì)簡(jiǎn)單的物理問(wèn)題，由此對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)成果進(jìn)行檢驗(yàn).比如：在理想變壓器中接入內(nèi)阻是r，電動(dòng)勢(shì)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(wèn)題時(shí)往往會(huì)無(wú)從下手.要是采取等效思維簡(jiǎn)化問(wèn)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(wèn)題過(guò)程中，等效思維發(fā)揮著“鑰匙”的關(guān)鍵作用，無(wú)論是教師教學(xué)還是學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中都應(yīng)該有效把握這把“鑰匙”，針對(duì)高中學(xué)生問(wèn)題分析與解決能力重點(diǎn)培養(yǎng)，這樣學(xué)生在碰到實(shí)際問(wèn)題時(shí)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(shí)，強(qiáng)化學(xué)生的創(chuàng)新能力.

在具體教學(xué)與解題過(guò)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(wèn)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(guò)程冗長(zhǎng)而進(jìn)行更好地解題.同樣在進(jìn)行高中物理教學(xué)中對(duì)等效思維有效培養(yǎng)，能在具體解答時(shí)，把復(fù)雜繁瑣的問(wèn)題變得簡(jiǎn)化，具象相對(duì)抽象的物理定義，在具體解題過(guò)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(gè)人思維能力.

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