等效思維在高中物理解題中的運用分析

【摘要】高中物理習題的難度大，涉及復雜且陌生的物理過程或對象，學生常會因為相關內容出現畏難情緒.等效思維的運用可以實現對復雜物理過程的簡化，將其變為常見、清晰的模型，實現將未知變為已知，降低習題處理的難度.因此，在物理習題處理中等效思維具有極高的價值與實用性.本文對等效思維的概念進行介紹，提出等效思維在物理解題中的應用策略.

【關鍵詞】等效思維；高中物理；解題教學

等效思維在思維方法中屬于相對科學的一種，將其應用在高中物理課堂，在發展學生思維能力方面意義較大，有利于學生掌握新的思維，可以從不同的方面解題.等效思維可以理解以事物效果相同為前置條件做出的心理選擇，在該思維下可以將復雜的物理現象或繁雜的過程，清晰地呈現出來.高中物理對于學生而言存在一定的學習壓力，以等效思維學習物理知識，便于學生在復雜內容學習中自主調節，降低思維活動的難度，有利于學生解決物理問題，所以其在物理解題中的運用也變得意義重大.

1 簡化復雜的問題

新人教版高中物理的不少知識與物理現象有關，設置的習題也常和物理現象相關聯，學生如果在此方面欠缺經驗，在解題環節勢必會遇到阻礙.從學生解題能力發展角度出發，高中物理教師應向學生提供等效思維，說明等效思維的內核與運用方式，便于學生解題能力的發展.教師向學生推送習題后，可運用等效思維幫助學生從題干中摘取關鍵內容，引導學生建立物理模型，讓學生試著在習題處理中，運用自己熟悉的內容解決問題［3］.

例1 如圖1所示，對于半徑為R的光滑圓弧槽∠POM<50，在該圓弧槽中P屬于最低點，同時OP在豎直方向上.問從N點將小球B在靜止狀態下釋放，與此同時小球A從O點由靜止狀態釋放，則最先到達P的是哪個球？

分析 A球的運動過程很明顯是自由落體運動，根據自由落體運動的公式R=gt22，tA= 2Rg，以上均是通過題目可獲得的信息，B球做的運動是什么難以進行判定，這會影響到問題的回答.所以在問題的處理中，需要通過對運動過程中小球B的受力情況進行分析.在此期間，對于B球運動模型的建立，可以將其等效為單擺模型，擺長為R.在該等效模型構建完成后，本題B從N點運動至P點，運動周期為14.在兩個小球哪個先到達P點問題的處理中，以T=2π Lg的單擺計算公式，將周期14帶入其中，經計算，所以tA<tB.根據所得結果，A球較B球先到達P點.

2 等效物理過程

教師向學生提出問題，引導學生對問題進行研究與解答，讓學生基于對問題的分析，將其轉變為清晰的過程.學生以等效思維研究物理問題，尋找要素實現對物理過程的等效處理［4］.教師通過清晰且常見的物理過程，快速找到解決問題的方向，運用知識解決問題.比如，教師向學生提出問題“對于某以初速度v0水平拋出的小球，在重力作用下落在斜面上，斜面的傾角為θ，問小球運動期間與斜面的最大距離是多少？”該問題是一種常見的現象，但是學生尚不能基于問題，快速建立物理模型，給出解決問題的過程，教師建議學生使用等效思維處理問題.教師讓學生對小球運動的初速度進行分解，將其分為兩個方向，分別是垂直斜面、沿斜面等不同的方向.學生將復雜的物理求解過程分解為簡單的物理模型，最終得到小球運動期間與斜面的最大距離.

例2 如圖2所示，在豎直平面內，有一個半徑為R的圓形光滑軌道，O為其最低點．P處有質量為m的滑塊，問滑塊求由靜止開始滑至O點時的最短用時？

分析 本題給出的滑塊運動過程較為復雜，是變速曲線運動，所以運用公式，比如動量定理、牛頓定律均難以得到答案.在問題求解中可以對滑塊進行研究，發現其運動特征、受力情況等均與單擺相同.因為相關條件的存在，所以可以運用等效思維，將滑塊運動視為單擺運動.基于滑塊運動過程的等效設計，可以求解滑塊從P點到O點所用的最短時間.

T=T4，T=2π Rg，通過兩個等式的聯立，能夠將復雜的運動或狀態進行簡化處理，最終得到t=π Rg2的結果.

對復雜運動和狀態進行簡化處理，在物理習題處理中是常見的現象.學生在等效思維學習的時間不長，尚不能基于問題，快速建立物理模型，給出解決問題的過程，所以教師會為學生提供充足的思考時間，還會在學生建立復雜狀態與運動等效模型時，便于學生將復雜的物理求解過程分解為簡單的物理模型，最終得到滑塊從P點到O點所用的最短時間.

3 轉化物理條件

高中物理習題的難度普遍偏高，大部分條件均隱藏在題干中，直接給出的情況較少.在學生處理問題時，教師會傳授學生等效思維的運用方法，讓學生根據題干給出的已知信息，轉化部分物理條件，建立清晰且直觀的物理模型，便于學生獲得解題思路，從而可以高效地處理物理問題.

例3 將一個交流電源（電阻是r，電動勢是E）接入到理想變壓器的輸入端，變壓器的輸出端與一個電阻是R的負載相連，求R的最大功率.

分析 在該問題的研究中，對于問題中的交流電源，以恒定電源進行替換并在此基礎上進行分析，此時R與r的相同，所以輸出電壓U與E相同，無論哪個條件達成，均可以得到電源的最大的輸出功率，P=E24R.學生運用等效思維將交流電源以恒定電源替換，建立一個簡單的物理模型，得到電阻R的最大功率值.

4 結語

高中物理習題教學中，對于考查側重點不同的練習題，學生很容易因認知不足而不能快速找到考查點，導致習題處理工作遲遲無法推進.等效思維在高中物理解題教學中的應用，為學生處理物理問題提供了有效的方法.學生在物理習題的研究中，運用等效思維建立清晰的物理模型，發現物理知識的本質，最終給出問題的解決措施.學生在物理解題中應用等效思維，對學生學習課程知識幫助很大，有利于學生思維能力、創新能力的發展，在學生核心素養培養中的效果明顯.

參考文獻：

［1］陳林杰.等效思維下的高中物理解題分析［J］.數理化解題研究，2023（19）：120-122.

［2］馬先倫.探究等效思維在高中物理解題中的應用［J］.數理化解題研究，2022（03）：95-97.

［3］陳慶賀.“等效法”在高中物理解題中的應用［J］.教學考試，2021（22）：64-67.

［4］葛喜良.高中物理解題思維方法的探究與運用探討［J］.數理化解題研究，2022（03）：86-88.