高中物理學習中的等效法

李 艷

（新疆兵團二中 新疆 烏魯木齊 830002）

在高中物理的學習中，我們不難發現，經常要求學生能夠將較為復雜的實際問題變換為簡單的熟悉問題，借助舊知識理解新知識.對學生的這種學習能力的要求始終貫穿于高考大綱的5種能力之中.如何培養學生的這種學習能力？歸根到底取決于學生的思維方式，其實質是要求學生在效果相同的情況下，突出主要因素，抓住它的本質，找出其中規律，并進行等效處理.現將高中物理中常見的幾種等效處理總結如下.

1 物理量的等效

在學習物理的過程經常遇到等效等效電阻、等效電源、等效長度、合力、合電場強度等，這些無不滲透著等效思想.

（1）矢量的疊加原理

圖1

【例1】在空間有兩個大小、方向不同的共點力F1，F2，它們的交角為θ，如圖1所示.兩個力的效果等同于某個力單獨作用，其大小

（2）標量的等效處理

【例2】一個面積為S 的平面在磁感應強度為B的勻強磁場中，穿過這個平面的磁通量，如圖2 所示.圖中S⊥磁感線穿過為S 的有效面積，其值S⊥＝Ssinθ，故其磁通量大小為φ＝BSsinθ.

圖2

【例3】一交流電的電流隨時間而變化的圖像，如圖3所示.此交流電流有效值，即“讓交流和恒定分別通過大小相同的電阻，如果交流電在一個周期內它們產生的熱量相等”

推得

圖3

2 物理過程的等效

在中學物理中有些題目所涉及的過程非常復雜，以致我們無法或不必要嚴格地搞清楚整個過程中的各個細節，往往只要把握住起始狀態和終止狀態，定性地分析過程，運用等效的觀點，將整個過程等效為一個相對簡單的過程，從而方便求解.

【例4】如圖4所示，小球在長為L的粗糙斜面頂端自由下滑，當小球滑到底端時與擋板碰撞并等速彈回，求解小球總共通過的路程.

圖4

分析：對于這個小球，其運動過程是向下滑行時，做勻加速直線運動（摩擦力沿斜面向上），向上滑行時做勻減速直線運動（摩擦力沿斜面向下），我們可以用“遞推法”求解.對于這個問題，還可以根據各力做功的特

點利用動能定理求解

3 物理模型的等效

中學物理中牽涉到的物理模型有人船模型、子彈射木塊模型、單擺模型、彈簧振子模型等等.在解題的過程可以借助這些物理模型來簡化解題過程，達到事半功倍的效果.

【例5】如圖5所示，A和B 兩物體位于光滑的水平面上，僅限于沿直線運動，當它們之間的距離大于某一定值d時，相互作用力為零.當它們之間距離小于d時，存在恒定的斥力F的作用.設A 物體的質量為m1，開始時靜止在直線上的某點；B 物體質量為m2，以速度v0從遠處沿該直線向A 運動.求：A 和B之間的最小距離.

圖5

分析：當A和B 之間距離小于d時，根據它們之間的作用力和運動規律，可以等效成子彈打木塊模型：一子彈射向一放在光滑水平面上靜止木板的相對運動.

圖6

圖7

在一些物理問題中，一個過程的發展、一個狀態的確定，往往是由多個因素決定的，在這一決定中，若某些因素所起的作用和另一些因素所起的作用相同，則前一些因素與后一些因素是等效的，它們便可以互相代替，而對過程的發展或狀態的確定，最后結果并不影響，這種以等效為前提而使某些因素互相代替來研究問題的方法就是等效法.