借助等效思想 助力物理教學(xué)

田云龍

(安徽省界首第一中學(xué) 236500)

在高中物理課堂中，應(yīng)用等效思想是將復(fù)雜的物理知識(shí)和模型變成簡(jiǎn)單的物理知識(shí)模型，利用事物之間的等同性，將其轉(zhuǎn)化為易于研究的物理事物.等效思想是重要的科學(xué)研究方式，也是物理教學(xué)中的重要教學(xué)方式.作為高中物理教師，需要結(jié)合課堂教學(xué)內(nèi)容，根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)規(guī)律和特點(diǎn)，靈活利用等效思想，加深學(xué)生物理知識(shí)理解，掌握和運(yùn)營(yíng)物理原理，提高課堂教學(xué)效果和質(zhì)量.本文探究等效思想在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用策略.

1 借助等效模型，優(yōu)化課堂教學(xué)活動(dòng)

等效模型是利用簡(jiǎn)單的、容易研究的物理模型替代復(fù)雜的物理課題，使得物理問(wèn)題更加簡(jiǎn)單，利于學(xué)生學(xué)習(xí)和理解.在高中物理教學(xué)中，將等效思想和物理模型融合，將陌生物理情境和熟悉物理情境進(jìn)行對(duì)比，用學(xué)生熟悉的物理模型對(duì)不熟悉模型進(jìn)行分析和研究，提高課堂教學(xué)效果.

例如，在串聯(lián)電路和并聯(lián)電路的教學(xué)中，教師可以引入相應(yīng)的物理問(wèn)題：如圖1所示，在電路圖中，R1是定值電阻，R2是可變電阻，E是電源電動(dòng)勢(shì)，r是電源電阻，當(dāng)R2的阻值是多少時(shí)，R2的消耗功率最大？

圖1

解析在電源內(nèi)阻不發(fā)生變化的情況下，電源輸出功率隨著電阻變化發(fā)生變化，但并非單調(diào)的，存在極大值的情況.當(dāng)外電阻和內(nèi)阻相同時(shí)，電源輸出功率最大.在對(duì)R2的功率進(jìn)行討論時(shí)，因?yàn)镽2并不是整個(gè)外阻，不能夠直接套用結(jié)論.在分析時(shí)，將電源和R1串聯(lián)等效成新電源，R2即整個(gè)等效電源的外電阻，等效電源的內(nèi)阻是R1+r，因此，當(dāng)R2的阻值和等效電阻的內(nèi)阻相同時(shí)，R2消耗的功率既是等效電源輸出的功率，且是最大值.因此，高中物理課堂中，采用整體法進(jìn)行等效模型構(gòu)建，靈活利用等效思想，將物理知識(shí)內(nèi)容簡(jiǎn)化處理，提高課堂教學(xué)效果，加強(qiáng)學(xué)生物理思想和方法培養(yǎng)，提高學(xué)生物理學(xué)習(xí)能力.

2 借助作用等效，指導(dǎo)學(xué)習(xí)方法

在高中物理教學(xué)中，面臨的物理問(wèn)題比較多，問(wèn)題解決方式呈現(xiàn)多樣化，如從物理本質(zhì)思考問(wèn)題方式，還可以通過(guò)物理作用等效的方式思考問(wèn)題，幫助學(xué)生理解物理知識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生掌握良好的學(xué)習(xí)方法.利用物理作用等效解決問(wèn)題，主要是將不同物質(zhì)在問(wèn)題中的效果做出分類，以分類作為基礎(chǔ)，對(duì)同類問(wèn)題產(chǎn)生的特點(diǎn)進(jìn)行研究，得到同類問(wèn)題解決方式，結(jié)合物理問(wèn)題類型不同采取相應(yīng)的解決方式.在實(shí)際的應(yīng)用中，利用作用等效代替復(fù)雜作用，使得問(wèn)題變得簡(jiǎn)化，保證課堂教學(xué)效果.

如圖2所示，一個(gè)質(zhì)量為m的小球，其帶電量是q，在整個(gè)區(qū)域加入一個(gè)場(chǎng)強(qiáng)為E的水平方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)，小球的一端系著長(zhǎng)為L(zhǎng)的繩子，并且和豎直方向成45°的P點(diǎn)處于平衡.求解：

圖2

(1)電場(chǎng)力的大小.

(2)如果小球被拉至到O點(diǎn)在同一水平位置的C點(diǎn)自由釋放，則小球到達(dá)A點(diǎn)的速度是多少？此時(shí)繩子的拉力是多少？

(3)在豎直平面內(nèi)，如果小球以P點(diǎn)作為中心進(jìn)行擺動(dòng)，求解擺動(dòng)的周期.

(4)如果使小球在豎直平面做圓周運(yùn)動(dòng)，最大速度和最小速度分別在哪個(gè)點(diǎn)，大小是多少？

此物理問(wèn)題屬于運(yùn)動(dòng)模型和圓周運(yùn)動(dòng)的等效類比，在實(shí)際的教學(xué)中，需要借助常規(guī)模型受力特點(diǎn)，對(duì)類似的物理場(chǎng)景進(jìn)行類比聯(lián)想，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜問(wèn)題和簡(jiǎn)單問(wèn)題的連接，完成物理知識(shí)的遷移.

3 利用過(guò)程等效，提高教學(xué)效果

在高中物理教學(xué)中，根據(jù)物理過(guò)程引入等效思想，優(yōu)化課堂活動(dòng)設(shè)計(jì)，提高課堂教學(xué)效果.在過(guò)程等效之前，需要對(duì)物理過(guò)程進(jìn)行分類，保證含過(guò)程等效作用充分發(fā)揮.通常來(lái)說(shuō)，物理過(guò)程主要有復(fù)雜過(guò)程和簡(jiǎn)單過(guò)程兩種，復(fù)雜過(guò)程較為繁瑣復(fù)雜，簡(jiǎn)單過(guò)程則較為簡(jiǎn)潔直觀.過(guò)程等效則是使用簡(jiǎn)單的作用過(guò)程代替復(fù)雜作用過(guò)程，簡(jiǎn)化物理問(wèn)題，提高學(xué)生課堂學(xué)習(xí)效果.

例如，在光滑的水平面上，靜止放置兩輛小車A和B，A小車上固定一強(qiáng)磁鐵，總質(zhì)量是5kg，在B小車上固定一閉合的螺旋管，總質(zhì)量是10kg.現(xiàn)在給B小車施加一個(gè)水平向左的100N·s的瞬間沖量.如果兩小車在運(yùn)動(dòng)中沒(méi)有直接碰撞，則相互作用時(shí)產(chǎn)生的熱能是多少？

解析在此物理問(wèn)題解答中，通過(guò)類比分析，將此運(yùn)動(dòng)過(guò)程等效成子彈擊木塊未擊穿的物理運(yùn)動(dòng)，作為問(wèn)題思考的切入點(diǎn).感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)導(dǎo)體和磁場(chǎng)間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)具有阻礙作用，A、B兩個(gè)小車之間存在排斥力，將兩小車作為研究對(duì)象，其受的合外力是零，動(dòng)量守恒，當(dāng)兩小車速度相等的情況下，兩小車的相互作用結(jié)束.結(jié)合B小車運(yùn)動(dòng)到兩小車相對(duì)靜止，整個(gè)過(guò)程中減少的機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能，之后通過(guò)電阻發(fā)熱，利用能量轉(zhuǎn)化守恒求解.此物理問(wèn)題主要考查學(xué)生對(duì)動(dòng)量守恒定律、能的轉(zhuǎn)化守恒定律、楞次定律等知識(shí)的掌握，加強(qiáng)學(xué)生分析能力和推理能力培養(yǎng)，借助等效思想，提高學(xué)生知識(shí)遷移能力.

4 借助等效思想，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)

高中物理教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)是重要的教學(xué)內(nèi)容，借助物理實(shí)驗(yàn)幫助學(xué)生理解和掌握物理知識(shí).但是，在具體的實(shí)驗(yàn)中，有些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不易觀察，有些實(shí)驗(yàn)操作難度大，而有些實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)較大實(shí)驗(yàn)誤差等，對(duì)于這樣的實(shí)驗(yàn)問(wèn)題和現(xiàn)象，可以引入等效思想，借助易于觀察的方式，優(yōu)化物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，轉(zhuǎn)換學(xué)生物理思維，突破課堂教學(xué)難度，加深知識(shí)學(xué)習(xí)和理解.例如，在伏安法測(cè)電阻的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，電流表的內(nèi)外接產(chǎn)生系統(tǒng)誤差，可以利用等效思想對(duì)誤差進(jìn)行分析.在外接的情況下，可以將實(shí)際電壓表等效成理想電流表和阻值為電壓表內(nèi)阻的定值電阻并聯(lián).此種情況下，測(cè)量得到電阻值，即測(cè)量電阻值小于真實(shí)的電阻值.在內(nèi)接情況下，將實(shí)際電流表等效成理想電流表和阻值為電流表內(nèi)阻的定值電阻串聯(lián)，即測(cè)量電阻值大于真實(shí)電阻值.

5 借助等效思想，提高解題效率

高中物理習(xí)題情境靈活多變，解題的思路不盡相同，尤其對(duì)部分高中物理習(xí)題采用常規(guī)做法花費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)，解題效率較低，而且容易出錯(cuò).如采用等效思想可迅速的分析出相關(guān)的物理規(guī)律，確保習(xí)題得以高效突破，因此高中物理教學(xué)中應(yīng)注重結(jié)合具體具體講解，等效思想的具體應(yīng)用，使其在以后的解題中能夠透過(guò)現(xiàn)象看本質(zhì)，及時(shí)找到正確的解題思路.

6 借助等效思想，深化知識(shí)理解

高中物理教學(xué)中，為幫助學(xué)生更好的理解相關(guān)物理知識(shí)本質(zhì)，使其在以后的學(xué)習(xí)中能夠靈活應(yīng)用，應(yīng)注重借助等效思想講解相關(guān)的例題，尤其通過(guò)在課堂上與學(xué)生互動(dòng)，進(jìn)一步澄清學(xué)生認(rèn)識(shí)，糾正其理解上的誤區(qū)，使其搞清楚物理公式相關(guān)參數(shù)表示的真正含義，使其在以后的解題中能夠正確的帶入相關(guān)參數(shù).

7 借助等效思想，傳授解題技巧

高中物理教學(xué)中為更好的提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，應(yīng)注重為學(xué)生講解相關(guān)的解題技巧，其中等效思想可達(dá)到化難為易，迅速獲取的良好效果，因此實(shí)踐中應(yīng)通過(guò)例題講解使學(xué)生體會(huì)運(yùn)用等效思想解題的便利，增強(qiáng)其運(yùn)用等效思想解題的意識(shí)與能力，促進(jìn)高中物理學(xué)習(xí)成績(jī)更好的提升.

在高中物理教學(xué)中，借助等效思想，將復(fù)雜物理問(wèn)題簡(jiǎn)單化，尋找更好的問(wèn)題解決方式，加深學(xué)生對(duì)物理過(guò)程和物理規(guī)律的理解，鍛煉學(xué)生知識(shí)應(yīng)用能力.借助等效思想，鍛煉學(xué)生想象能力，理解物理事物本質(zhì)，結(jié)合聯(lián)想和類比，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維.在具體的課堂中，通過(guò)應(yīng)用等效思想，幫助學(xué)生更好的理解物理規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生良好的物理思維能力，提高物理教學(xué)質(zhì)量和水平.