“等效法”在高中物理教学中的应用

朱伶俊

摘要：物理思想方法是物理学科的重要培养对象。物理知识是明确具体的，但是物理的想法是隐含的和抽象的。“等効法”是物理思想方法中重要的方法之一，具有隐蔽性高、适用范围广的特征，对教师的教育和学生的学习和应用带来很大的困难。文章定义了“等効法”的概念，论述了高中物理教育中的作用和方法。

关键词：物理模型;等效概念;等效法;等效过程

科学思想是物理专业核心素质的关键，是物理观念、科学探索、科学态度和责任精神的基石和核心。物理教学设置、课程实施，应以培养和发展学生的科学思维为核心。本文将从"等效法"概念的界定、"等效法"在认识高中物理的作用等方面探讨"等效法"教育的策略。

一、利用“等效法”具化抽象概念

物理概念常常是抽象的，其内涵和外延比较难理解。相当多的物理概念在定义过程中利用“等效法”，将复杂的过程转化为更明确的概念进行说明。

例如，关于人教版高中物理必修第一册（2019年版）的“力的合成和分解”课，老师通常把这门课的重点放在合成和分解的数学运算上，结合力和力的概念，缺乏概念的生成过程。学生不知道那个物理上的意思。理解一些力量的简单合并。因为理解力的分解作为力量的简单的分割，所以在之后的运动和运动学习中容易出错。老师让学生比较了两种情况中什么是一样的，学生简单地回答了。我把水桶都拿起来了。两个水桶的效果是一样的。然后，老师指导学生用两个人的手画桶的力量的图样，总结指导学生。使某个力作用于某个物体的话，其效果和使多个力一起作用于这个物体的效果是完全相同的。这个力量被称为那个力量的综合力。明显地合力有效地互相替换。利用这种情景产生了合力致力的概念，并自然而然地使用了“等效法”，使知识点更简洁易懂，在学生掌握物理基础知识的同时，也增强了物理学科的核心素质。

二、利用“等效法”简化物理过程

通常情况下，遇到比较复杂、抽象的物理过程时，往往需要将其与已知的物理过程建立等效关系。如果一个复杂的物理过程与若干个简单的物理过程是等效的，我们就可以用这若干个简单的过程来替换该复杂的物理过程，这样的处理方式就是利用了“等效法”。

比如，曲线运动是学生在高中阶段第一次接触的比较复杂的运动，是高中物理教学中的重难点，也是自然界普遍存在的一种运动形式。在教学中，教师可以让学生参与实验，建立合运动、分运动的概念，从而掌握曲线运动的处理方法。第一次实验：学生甲先将玻璃管紧贴黑板，玻璃管内放一蜡块，装满水，塞上木塞，再将玻璃管竖直倒置后静止不动，同时，学生乙观察蜡块缓慢上浮，每隔时间T就在黑板上标记蜡块的位置。第二次实验：学生甲将玻璃管倒置后，在蜡块上浮的同时缓慢水平移动玻璃管，学生乙每隔时间T在黑板上标记蜡块位置。实验结束后，教师引导学生分析两次实验，并得出结论：第一次实验，蜡块的运动可近似看作竖直向上做匀速直线运动;第二次实验，蜡块既做竖直运动，又做水平运动，这两个运动合起来就是它的实际运动，也就是说，实际运动与竖直运动和水平运动合起来是等效的。我们把物体的实际运动叫作合运动，物体同时参与的若干独立运动叫作分运动，合运动与分运动可相互替换。在此基础上，教师可以引导学生思考，若第二次实验中，玻璃管在水平方向上做匀加速直线运动，应该如何研究此种情景下蜡块的运动，让学生体会“等效法”的精妙之处，在重视概念生成的同时，渗透物理思想。这样，既构建了新知，又激活了学生思维，并为后续研究平抛运动做了很好的铺垫。

三、利用“等效法”研究物理规律

在研究复杂问题时常用的方法是用熟悉的简单方法来处理，若复杂问题的某一部分规律与简单问题的方法规律相同，我们就可以用简單问题的方法规律来等效替换复杂问题的这一部分规律。

比如，测量电源的电动势和内阻是物理实验教学的重难点，特别是对于误差的分析。在教学中，教师一般采用的方法是改变滑动变阻器滑片的位置，读出电流表与电压表的示数，画出I-U图像，根据图像信息得出电动势和内阻。由于电流表的分压作用导致测量有系统误差，采用这样的分析对学生来说难度较大，很难实现教学目标。为此教师必须改进教学策略，虚线框中的电流表与实际电源一样可作为一个电源，而这样的电源称为等效电源。滑动变阻器和电压表是外电路，等效电源的电动势相当于外电路开路时的电流，与实际电源的电动势相当，因此等效电源的内部阻抗即为实际电源的内部阻抗和电流表电阻系数之和。所以，如果使用这样的电路检测的感应电动势和实际值一样，则测量的内部电阻偏大。这样的课程设计学生更容易掌握，遵循了深度教学的原理，更能触及物理的实质，并逐步使学生学会举一反三、触类旁通，从而引发了学生对学习物理的浓厚兴趣。

四、结语

教师要重视物理思维教育。这是培养学生科学思考的关键和具体途径。教师通过设置具体情况，使学生在问题驱动下，通过团队合作探究意境背后的物理本质，类推，可以一举达到反对的效果。遇到复杂多变的问题时，教师建立合理的思考阶段让学生逐步发掘问题背后的物理本质，进而掌握物理学的研究方法，顺利解决实际问题。

参考文献：

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