等效思想在高一物理教學中的應用

摘 要： 文章論述了等效思想在教學中的重要意義，指出了物理教學中實施等效思想教育的有效途徑。

關鍵詞： 高中物理教學 等效思想 實施途徑

物理思想是物理學的靈魂，在高中物理課堂教學中，對學生進行物理思想教育是非常重要的。要有效地進行物理思想教育，就必須明確物理學中包含的具體物理思想。筆者就高一物理中的等效思想進行了以下三個方面的探究。

一、概念或規律中的等效思想

等效事物往往存在著共性，把這些共性抽象出來往往可形成物理概念，以使學生加深對物理概念或規律的理解，從中逐步掌握物理學中的等效思想和方法。如：人推車、人提桶、人拉鋸時都會感到肌肉緊張，即從肌肉緊張的角度它們是等效的，可抽象出這些情況下人對物體施加了力；人能提桶，通過繩子也能提桶，從提桶的角度也是等效的，繩子在提桶時被拉緊，就好像繩子的“肌肉”緊張了，所以說物體對物體也可施加力的作用，從這些等效事例中抽象出力是物體對物體的作用。再如：利用等效思想講“質點”的概念，可使學生加深對質點概念的理解。

在尋找等效事物間的必然聯系的過程中常會發現新的物理規律或理論，如牛頓研究了衛星繞行星運動的規律，發現與開普勒總結的行星繞太陽運動的規律等效，提出行星與衛星間的引力跟太陽與行星間的引力是同種性質的力。牛頓經過計算，又證明了月球繞地球運動的向心加速度是地面重力加速度的1/3600，與用平方反比規律得出的結果等效，從而證實了重力與天體間的引力是同一性質的力，于是做了合理推廣，提出了萬有引力定律。

自然界存在的物理問題，一般都受多種因素的制約，呈現出綜合性的復雜現象，直接進行研究比較麻煩，甚至無法解決，但如果利用等效思想應用等效方法對研究對象進行適當變換，就可以使問題簡化，便于研究。

例1：小球用細繩AC、BC懸掛于A、B兩點，在紙內和紙外間做微小來回擺動，求它的周期，我們可把原來的雙線擺等效看成一個剛性輕支架ABC，在C點固定一個小球，繞AB軸來回擺動再進一步又可等效看成以CD為懸線，以D為懸點，在平行于CD的平面上擺動的單擺，這樣就不難求出它的周期了。例如有些量在實驗中較難測定，我們常用其他物理量來等效替代，如碰撞中的動量守恒實驗中，小球的速度較難測定，我們根據平拋運動在高度一定時水平位移與初速成正比的性質，用測水平位移來等效替代小球的速度。其實測量儀器大多數不是直接測量待測物理量的，常是根據待測量與另一物理量的關系進行等效轉化，由顯示另一物理量的值來等效顯示待測物理量的值的。

利用等效思想，能夠啟發學生思維，使其發現解決問題的有效途徑，有些物理問題，初看起來，似乎十分復雜，但如果根據等效思想，利用等效思想適當變換，就可使問題迎刃而解。

例2：A物體做勻速直線運動，速度是1m/s，A出發5s后B物體從同一地點由靜止出發做勻加速直線運動，加速度是0.4m/s2，且A、B同向運動。問：①出發幾秒追上A？

②A、B相遇前它們之間的最大距離是多少？

如果進行適當的等效變換，就十分容易求解。可畫出A、B兩物體的V—t圖像，利用圖像下所圍的面積代表物體運動的位移，問題就迎刃而解了。

二、應用等效思想應注意的問題

首先，替代物與原事物只是某些方面的或一定條件下的等效。如單擺擺動過程中由于繩子所受拉力不斷變化，擺線長度也不斷改變，但我們選用的擺線往往是不易伸長的，因而就把擺線等效轉化為一根不可伸長的剛性繩子。但是我們從另一角度來研究，沒有形變的繩子就不可能產生彈力，這樣和原事物就不等效了，最好把繩子看成一根倔強系數很大的彈簧，長度幾乎不變又不能產生很大的彈力，能貯藏很多的彈性勢能。

其次，等效變換的方式可以是多種多樣的。對于同一問題，研究的思路不同就有不同的等效變換方法。前面已經講過研究力的平衡問題時可用合成等效變換也可用分解等效變換。即使采用同一變換方法，也存在著不同的變換形式。

三、物理學中實施等效思想的有效途徑

等效思想是分析解決物理問題的基本思維方法之一。高一物理中普遍蘊含著等效思想。如：高一物理中矢量合成法則是一個矢量的作用效果等效于多個矢量的作用效果，矢量的分解法則是多個矢量的作用效果等效于一個矢量的作用效果等。等效思想在高一物理學習中具有的作用，學生形成等效思想不僅有助于深刻理解物理知識，掌握所學內容，而且有利于提高分析問題和解決問題的能力。

可見物理教學中對學生進行等效思想教育有十分重要意義。實施等效思想教育應抓好以下三個環節。

第一，發掘教材中蘊含的等效思想內容，及時引用如等效思想。

第二，以等效思想為主線總結知識內容，強化等效思想。經過一段時間教學后，把含有等效思想的知識內容加以總結，互相比較，突出等效思想在研究問題中的作用，就能強化等效思想，形成等效思想。

第三，加強應用，要使學生形成等效思想，就必須加強應用，在應用過程中使學生深刻理解，不斷完善等效思想。

總之，等效思想是物理學中的基本思想之一，它對物理問題解決具有重要作用。在物理教學中，對學生進行等效思想教育，對于培養分析和解決物理問題的能力，提高物理教學質量大有裨益。