高中物理中的等效法思想探微

谭静

摘 要 等效法亦称“等效替代法”，是科学研究中常用的思维方法之一。掌握等效方法及应用，体会物理等效思想的内涵，有助于提高考生的科学素养，初步形成科学的世界观和方法论，为终身的学习、研究和发展奠定基础。文章论述了物理学中等效思想在教学中的重要意义，结合实例论述了等效思想的作用，指出了物理教学中实施等效思想和等效方法教育的有效途径。

关键词 等效思想；物理概念；物理规律

中图分类号：G632 文献标识码：A 文章编号：1002-7661（2019）08-0065-01

等效思维是指通过把复杂的抽象的物理概念，物理规律或物理模型简单化，明确化，从而使这一概念，规律，或模型易于被人理解、接受的一种思维方式。这种思维方式贯穿着物理的学习的全过程。下面我们就高中物理学习过程中一些基本概念和规律，物理模型，物理实验等三个方面的等效问题作一个简单的探讨。需要首先说明一下的是，等效的应用必须注意两点，首先等效前后必须具有相同的效果相同，其次等效过程只是在特定的前提条件下才适用。

物理中的很多基本概念和基本规律都是在等效的基础上建立起来的，例如重心的概念。重心是重力对物体的作用点，但是实际上重力是作用在物体上的每一个部分，物体的形状与这些力的作用是有关的，要是我们考虑物体每一个部分的受力问题就太复杂了，如果我们只讨论物体的平衡和一些简单的运动规律时，就可以把这些力等效为一个力，其作用点这就是重心，这样既不影响问题的解决，又能使问题简单明确得多。再如第一，第二，第三宇宙速度，也是指发射的等效速度，以第二宇宙速度为例，第二宇宙速度是指当物体以11.2km/s的初速度从地球向上运动时物体就可以挣脱地球的引力的束缚而绕太阳运动，但是我们知道所有的飞行器都不是一次性就获得了这么大的初速度，而是在运动过程中逐渐加速的，飞行器在整个的运动过程中没有瞬时速度等于11.2km/s的时刻，但是飞行器这个运动过程与它只受地球引力作用以初速度为11.2km/s开始运动产生的效果是相同的。用第二宇宙速度的概念来代替这个复杂的过程就显得更加简洁。还有很多类似方法建立起来的物理概念如质点、分力、合力、功、第一宇宙速度，第三宇宙速度，交流的有效值、总电阻等这些概念。

运用等效法解决实际问题时，常见的有：过程等效、概念等效、条件等效、电器元件等效、电路等效、长度等效、场等效等。在运用等效法时，一定要注意必须是在效果相同的前提下，讨论两个不同的物理过程或物理现象的等效及物理意义。若在运用等效法解决问题时，不抓住效果相同这个条件，就会得出错误的结论。近年来，含有等效法思维方式的试题在高考中频频出现，主要考查物理模型等效、过程等效、条件等效、电路等效等。

例如，用如图所示电路测量电池的电动势和内电阻，试分析测量值和真实值的关系。

解析：把电流表等效为理想电流表和其内电阻RA串联，再把RA和电源等效为新的电源E′（如图所示），则等效电动势E′=E，等效内电阻r′=r+RA，则E测=E′=E真，r测=r′>r真。

答案：E测=E真，r测>r真

总结升华：在闭合电路问题中，若某一定值电阻与电源内阻为串联关系，常常可以将此定值电阻归到电源内部，使电源变为等效电源，此等效电源的内阻为原内阻与定值电阻之和，而等效电源的电动势不变。

等效法在电磁感应中的应用很多，如：把运动电荷等效为电流；把运动的带电粒子等效为电流；交流电中的有效值的计算；利用等效法就是将所研究复杂问题通过适当的变换，化为简单的模型问题，将陌生的情景化为熟悉的情景，这样就能迅速、简捷找到解决问题的最佳途径，达到事半功倍之功效。

高中物理教学中的等效思维应用涉及很多方面，在这里不能一一列举，总之等效思想是物理学中的基本思想之一。它对物理问题解决具有重要作用，要使学生形成等效思想，必须加强应用，在应用过程中使学生深刻理解，不断完善等效思想。等效思想教育对于培养分析和解决物理问题的能力，提高物理教学质量大有帮助。

參考文献：

[1]王刚.高中物理教学中探究性学习模式的运用探讨[J/OL].学周刊，2019（15）：54.