淺析高中物理教學中的『等效』

駱士珍

（浙江省義烏市第四中學）

物理中的很多基本概念和基本規律都是建立在等效的基礎之上，但需要說明的是等效的應用必須具有相同的效果，同時等效過程需要具備一定的前提條件，例如重心的概念。實際上地球對物體的各個部分都有作用，要使物體各個部分的受力都要考慮那就太復雜了，因此對于簡單問題的討論就可以把這些力等效為一個力，其作用點這就是重心。下面主要從三個層面來分析“等效”思維的應用。

一、“等效”在基本概念和規律中的應用

在建立物理概念時，“等效”思想可以說體現得淋漓盡致，比如質點的概念、點電荷的概念、電流元的概念等，通過這樣處理便于對問題的研究。在研究平拋運動規律時，把平拋運動分解為兩個直線運動，其實這種分解就是一種等效思想的體現。通過運動的分解把復雜問題變為簡單問題，可以用熟悉的規律解決新問題。

二、“等效”在物理實驗中的應用

1.探究求合力的方法

當一個成年人提水桶用的力F 與兩個孩子提水桶用的力F1和F2效果相同時，這個力F 就叫做F1和F2的合力，F1和F2叫做分力。那么合力和分力之間遵循什么規律呢？下面通過實驗來探究這個規律，實驗裝置如圖1。圖中測力計A、B 測得的是兩分力，測力計C 測得的是合力，這兩次測量橡皮筋與繩子的結點必須在同一位置O 點，目的是為了保證兩次橡皮筋拉伸的效果相等，這也是該實驗的關鍵點之一。

圖1

2.測定電池的電動勢和內阻

用伏安法測電池的電動勢和內阻實驗中，為了減少實驗誤差，如果被測電源是干電池，一般采用電路圖甲，如果被測電源是內阻較大的水果電池，一般采用電路圖乙。本實驗的測量對象是電源，如果還從分流分壓的角度來看問題就比較難了，但采用等效電源的方式來處理問題就會迎刃而解了。把圖甲虛線框部分看成一個“等效電源”，則所測電源電動勢偏小，所測內阻也偏小。同樣把圖乙虛線框部分看成一個“等效電源”，則測量結果是等效電源的電動勢無系統誤差，所測電源內阻偏大。

三、“等效”在物理模型或情境中的應用

“等效”在物理模型或情境建立中的應用非常普遍，比如自由落體運動、類平拋運動、導線切割磁感線時導線的等效長度、彈簧振子模型、單擺模型等。比如單擺模型，當擺角θ 小于5°時單擺可以看成簡諧運動，單擺的周期公式。但是對于一些變化后的模型這個公式顯然是不能直接使用，這時可以引入“等效”思想，如圖2 三種情況：甲圖中雙線擺的等效擺長為lsinθ，其周期大小。乙圖模型中的等效加速度為gsinθ，其周期大小，同樣丙圖模型中的等效加速度為g+a，其周期大小。

圖2

圖3

再如，通電導線在勻強磁場中受到安培力的問題中也有“等效”思想的應用。在用公式F=BIL 計算安培力的前提是磁場和電流要相互垂直，而且導線要直的。如圖3 這種情況，要找到相應的等效長度（如圖中的虛線長度）才能代入公式計算安培力。當然在電磁感應問題中用E=BLV 計算感應電動勢時，也可以用類似的方法解決問題。

“等效”作為一種重要的物理思想之一應用得非常普遍，這里不能一一舉出，它對物理問題解決具有重要意義，在應用過程中可以使學生對概念和規律有更深刻理解，同時也有利于培養學生把實際問題轉換成物理模型的能力，對提高學生的科學素養有很大益處。