等效思维在高中物理解题中的运用分析

【摘要】高中物理习题的难度大，涉及复杂且陌生的物理过程或对象，学生常会因为相关内容出现畏难情绪.等效思维的运用可以实现对复杂物理过程的简化，将其变为常见、清晰的模型，实现将未知变为已知，降低习题处理的难度.因此，在物理习题处理中等效思维具有极高的价值与实用性.本文对等效思维的概念进行介绍，提出等效思维在物理解题中的应用策略.

【关键词】等效思维；高中物理；解题教学

等效思维在思维方法中属于相对科学的一种，将其应用在高中物理课堂，在发展学生思维能力方面意义较大，有利于学生掌握新的思维，可以从不同的方面解题.等效思维可以理解以事物效果相同为前置条件做出的心理选择，在该思维下可以将复杂的物理现象或繁杂的过程，清晰地呈现出来.高中物理对于学生而言存在一定的学习压力，以等效思维学习物理知识，便于学生在复杂内容学习中自主调节，降低思维活动的难度，有利于学生解决物理问题，所以其在物理解题中的运用也变得意义重大.

1 简化复杂的问题

新人教版高中物理的不少知识与物理现象有关，设置的习题也常和物理现象相关联，学生如果在此方面欠缺经验，在解题环节势必会遇到阻碍.从学生解题能力发展角度出发，高中物理教师应向学生提供等效思维，说明等效思维的内核与运用方式，便于学生解题能力的发展.教师向学生推送习题后，可运用等效思维帮助学生从题干中摘取关键内容，引导学生建立物理模型，让学生试着在习题处理中，运用自己熟悉的内容解决问题［3］.

例1 如图1所示，对于半径为R的光滑圆弧槽∠POM<50，在该圆弧槽中P属于最低点，同时OP在竖直方向上.问从N点将小球B在静止状态下释放，与此同时小球A从O点由静止状态释放，则最先到达P的是哪个球？

分析 A球的运动过程很明显是自由落体运动，根据自由落体运动的公式R=gt22，tA= 2Rg，以上均是通过题目可获得的信息，B球做的运动是什么难以进行判定，这会影响到问题的回答.所以在问题的处理中，需要通过对运动过程中小球B的受力情况进行分析.在此期间，对于B球运动模型的建立，可以将其等效为单摆模型，摆长为R.在该等效模型构建完成后，本题B从N点运动至P点，运动周期为14.在两个小球哪个先到达P点问题的处理中，以T=2π Lg的单摆计算公式，将周期14带入其中，经计算，所以tA<tB.根据所得结果，A球较B球先到达P点.

2 等效物理过程

教师向学生提出问题，引导学生对问题进行研究与解答，让学生基于对问题的分析，将其转变为清晰的过程.学生以等效思维研究物理问题，寻找要素实现对物理过程的等效处理［4］.教师通过清晰且常见的物理过程，快速找到解决问题的方向，运用知识解决问题.比如，教师向学生提出问题“对于某以初速度v0水平抛出的小球，在重力作用下落在斜面上，斜面的倾角为θ，问小球运动期间与斜面的最大距离是多少？”该问题是一种常见的现象，但是学生尚不能基于问题，快速建立物理模型，给出解决问题的过程，教师建议学生使用等效思维处理问题.教师让学生对小球运动的初速度进行分解，将其分为两个方向，分别是垂直斜面、沿斜面等不同的方向.学生将复杂的物理求解过程分解为简单的物理模型，最终得到小球运动期间与斜面的最大距离.

例2 如图2所示，在竖直平面内，有一个半径为R的圆形光滑轨道，O为其最低点．P处有质量为m的滑块，问滑块求由静止开始滑至O点时的最短用时？

分析 本题给出的滑块运动过程较为复杂，是变速曲线运动，所以运用公式，比如动量定理、牛顿定律均难以得到答案.在问题求解中可以对滑块进行研究，发现其运动特征、受力情况等均与单摆相同.因为相关条件的存在，所以可以运用等效思维，将滑块运动视为单摆运动.基于滑块运动过程的等效设计，可以求解滑块从P点到O点所用的最短时间.

T=T4，T=2π Rg，通过两个等式的联立，能够将复杂的运动或状态进行简化处理，最终得到t=π Rg2的结果.

对复杂运动和状态进行简化处理，在物理习题处理中是常见的现象.学生在等效思维学习的时间不长，尚不能基于问题，快速建立物理模型，给出解决问题的过程，所以教师会为学生提供充足的思考时间，还会在学生建立复杂状态与运动等效模型时，便于学生将复杂的物理求解过程分解为简单的物理模型，最终得到滑块从P点到O点所用的最短时间.

3 转化物理条件

高中物理习题的难度普遍偏高，大部分条件均隐藏在题干中，直接给出的情况较少.在学生处理问题时，教师会传授学生等效思维的运用方法，让学生根据题干给出的已知信息，转化部分物理条件，建立清晰且直观的物理模型，便于学生获得解题思路，从而可以高效地处理物理问题.

例3 将一个交流电源（电阻是r，电动势是E）接入到理想变压器的输入端，变压器的输出端与一个电阻是R的负载相连，求R的最大功率.

分析 在该问题的研究中，对于问题中的交流电源，以恒定电源进行替换并在此基础上进行分析，此时R与r的相同，所以输出电压U与E相同，无论哪个条件达成，均可以得到电源的最大的输出功率，P=E24R.学生运用等效思维将交流电源以恒定电源替换，建立一个简单的物理模型，得到电阻R的最大功率值.

4 结语

高中物理习题教学中，对于考查侧重点不同的练习题，学生很容易因认知不足而不能快速找到考查点，导致习题处理工作迟迟无法推进.等效思维在高中物理解题教学中的应用，为学生处理物理问题提供了有效的方法.学生在物理习题的研究中，运用等效思维建立清晰的物理模型，发现物理知识的本质，最终给出问题的解决措施.学生在物理解题中应用等效思维，对学生学习课程知识帮助很大，有利于学生思维能力、创新能力的发展，在学生核心素养培养中的效果明显.

参考文献：

［1］陈林杰.等效思维下的高中物理解题分析［J］.数理化解题研究，2023（19）：120-122.

［2］马先伦.探究等效思维在高中物理解题中的应用［J］.数理化解题研究，2022（03）：95-97.

［3］陈庆贺.“等效法”在高中物理解题中的应用［J］.教学考试，2021（22）：64-67.

［4］葛喜良.高中物理解题思维方法的探究与运用探讨［J］.数理化解题研究，2022（03）：86-88.