芻議等效替代思想在高中物理力學解題中的應用

嚴謹

摘要：等效替代思想主要是指在某種物理特性或關系相同時，用等效的物理過程替代復雜的物理問題的研究思想。本文重點闡述等效替代思想在高中物理力學解題中的應用，希望可以幫助更多的高中生增強物理學習素養，提高探究物理過程和解決問題的能力。

關鍵詞：等效替代思想；高中物理；力學；高中生

中圖分類號：G633.7文獻標識碼：A文章編號：1992-7711（2021）01-0099

高中生運用等效替代思想解決高中物理力學知識，可以深刻體會力學概念、性質與計算方式，有利于高中生提高自身物理應用能力與學習成績。利用等效替代思想大致包括理想模型法、控制變量法、實驗推理法、放大法、轉換法與類比法六種處理物理問題的方法，高中生可以將新舊知識相互聯系，實現以舊代新。

一、等效替代思想在作用力中的應用

力學是高中物理的基礎組成部分，高中物理必修1第三章《相互作用》中涵括“重力”“彈力”“摩擦力”“力和合成”“力的分解”，第四章講的是《牛頓運動定律》，必修2第五章《曲線運動》中的“向心力”，第六章《萬有引力》等。力學是高中物理考試的重點考查內容，具有一定的復雜性。高中生在學習作用力時經常會因為分析錯誤找不到解題思路，影響解題效果。如果將等效替代思想運用到力學知識中，高中生便可以通過分析合力與分力的等效替代，對作用力相關問題進行解答，有利于降低出現錯誤的可能性[1]。

當物理題面已經明確給出恒力時，高中生可以通過計算將恒力合并成為一個力，通過等效替代思想將復雜的題目轉化得更加容易理解，采用構建受力模型的方式，對作用力方程進行解答，如此便可以有效降低解題時間，提高力學解題效率。例如，下面這道物理力學題“在一平面上存在一個質點，此質點受到來自東北方7N、東方4N、南方3N、西南方6.2N、西方2N以及西北方6N共六個作用力，其中南方3N與東方4N相互垂直，質點本身的質量為2千克，在6個作用力下，該質點處于平衡狀態，假若將南方3N與東方4N同時撤銷，質點會因為受力不均進入運動狀態，問質點在運動過程中的加速度是多少？”。

通過分析題面，我們可以發現該題中的質點受力十分復雜，只有南方3N與東方4N的力相互垂直，東北方7N、西南方6.2N、西方2N和西北方6N這四個尚未撤銷的力的方向并不確定。如果高中生想要求出質點的加速度，必須先求出未撤銷的四個力的合力。我們假設四個未撤銷力的合力為F1，已撤銷力的合力為F2，只有當F1與F2處于相互平衡的狀態下，質點受力才能平衡，F1是南方3N與東方4N的合力，這兩個方向上的力相互垂直，高中生運用等效替代思想可以得出F1的大小，根據公式F=ma來計算運動狀態下的質點的加速度。力學中存在很多復雜的知識點，高中生在利用等效替代思想解決理解問題時，需要先分析問題的本質特性，然后尋找替代物，將替代物應遵循的規律和解題方法運用到原問題中，從而得出正確結論。

二、運用等效替代思想的注意事項

1.本質等效

高中物理力學與其他事物不同，它具有獨屬于自身的物理本質與規律，高中生只有徹底掌握了這些本質和規律，才能真正學會高中力學知識，有效地解決在學習過程中產生的力學難題。將等效替代思想運用于力學的本質與規律探究中，可以幫助高中生將復雜的物理問題轉化成簡單的物理本質，降低分析與解題難度，開闊解題思路。例如：高中生在學習“重力”時，應該明白任何物理事物都會受到重力影響，從重力的產生效果來看，重力通過作用在某物理事物的重心，使其各部分力量實現均衡，盡管初接觸重力知識的高中生可能并不理解重心的本質概念，但可以通過初中力學平衡概念對其進行替代，從而快速理解重力與重心知識。

2.具有科學性

等效替代思想具有極強的科學性，被廣泛運用到物理實驗驗證、物理問題分析和物理探究過程中。高中生利用等效替代思想解決力學問題，可以使用一個力學物理量替代其他不易操作的力學物理量，以此降低力學物理實驗操作難度，使實驗結果更加直觀且便于觀察。高中生需要明白等效替代不是簡單的替代，在解決力學實際問題時，必須深刻理解等效替代思想的內涵，學會化繁為簡、以舊代新，從而真正解決力學難題，提高物理成績。

3.重視實驗

等效替代思想重視實驗、本質與作用，既然我們可以從力學本質出發解決問題，就可以從實驗和作用出發解決力學問題。在實際物理力學實驗中，大多數高中生會因為在理解某一力學定律時出現問題，導致實驗操作出現問題和錯誤，如果高中生等效替代思想利用不正確或者對實驗題目有所誤解，就會造成等效替代不科學和不合理等問題，影響最終實驗效果[2]。因此，高中生需要認真解讀等效替代思想，例如，當一個力的作用效果與幾個力的作用效果相同時，高中生可以引入合力與分力的物理概念，既可以用合力等效替代分力效果，也可以用分力等效替代合力作用效果。

三、結束語

綜上所述，在高中物理力學中運用等效替代思想，就是將復雜的力學現象、探究過程轉化為簡單的力學規律、分析過程。高中生將該思想運用到力學解題中，可以開闊解題思路，提高解題靈活性，不僅對培養邏輯思維、發散思維和聯想能力具有促進作用，還能幫助高中生正確理解力學內涵，提高力學應用能力。

參考文獻：

[1]陳賽梅.等效替代法在初中物理實驗教學中的應用與思考[J].教育觀察，2018，7（14）：39-40.

[2]李樂昊.等效替代思想在高中物理力學解題中的應用探究[J].現代經濟信息，2017（21）：414.

（作者單位：湖南省益陽市箴言中學1801班413000）