等效法在物理教學(xué)中應(yīng)用

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1、等效法在物理教學(xué)中應(yīng)用【摘要】大量實踐表明，提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力應(yīng)貫穿于整個高中物理教學(xué)的始終。只有掌握科學(xué)的思維方法才能正確地分析與解決問題，中學(xué)階段所運用的主要思維方法很多，整體與隔離法、等效法、臨界法、極值法、微元法等等。本文介紹物理學(xué)習(xí)中常遇見的等效法?！娟P(guān)鍵詞】等效法；基本概念和規(guī)律；物理模型；力學(xué);電學(xué)等效法，就是在保證效果相同的前提下，將一個復(fù)雜的物理問題轉(zhuǎn)換成較簡單問題的思維方法。其基本特征為等效替代。物理學(xué)中等效法的應(yīng)用較多。合力與分力；合運動與分運動；總電阻與分電阻；交

2、流電的有效值等。除這些等效概念之外，還有等效電路、等效電源、等效模型、等效過程等。這種思維方式貫穿著物理的學(xué)習(xí)的全過程。下面我們就高中物理學(xué)習(xí)過程中一些基本概念和規(guī)律，物理模型，力學(xué),電學(xué)等四個方面的等效問題作一個簡單的探討。1.基本概念和規(guī)律的等效物理中的很多基本概念和基本規(guī)律都是在等效的基礎(chǔ)上建立起來的，例如重心的概念。重心是重力對物體的作用點，但是實際上重力是作用在物體上的每一個部分，物體的形狀與這些力的作用是有關(guān)的，要是我們考慮物體每一個部分的受力問題就太復(fù)雜了，如果我們只討論物體的平衡和一些

3、簡單的運動規(guī)律時，就可以把這些力等效為一個力，其作用點這就是重心，這樣既不影響問題的解決，又能使問題簡單明確得多。1.物理模型的等效在解題過程中，我們應(yīng)用最多的、最典型的物理模型并不很多，如碰撞模型、人船模型、子彈射木塊模型、衛(wèi)星模型、彈簧振子模型等，從近幾年的高考試題看，命題者的指導(dǎo)思想很明確，那就是力求所命題目的創(chuàng)意新、背景新、過程新，但若從題目所對應(yīng)的物理模型上看，其本質(zhì)還是我們常見的物理模型，有的貌似、有的神似，本質(zhì)上講還是提高構(gòu)建物理模型的能力，要學(xué)會透過現(xiàn)象看本質(zhì)，進(jìn)而對物理模型進(jìn)行等效轉(zhuǎn)

4、換，簡化求解過程。例1、如圖1所示，電場強度為E的勻強電場方向水平向右，一質(zhì)量為m的帶電小球用長為L的絕緣細(xì)線懸掛于電場中的0點，電場區(qū)域足夠大，小球靜止時線與水平方向的夾角0=530(sin530=0.8,cos530二0.6)。如將小球拉到右方水平位置A處(線繃緊)，將小球由靜止釋放，放手后小球沿圓周運動，問小球速度再次為零時，線與0A方向的夾角多大？圖1【解析】帶電小球在P點靜止，由平衡條件可知:電場力Eq=mgcot0設(shè)小球運動到C點時速度為零，再對從A到C過程應(yīng)用動能定理可得:mgLsina

5、-EqL(1-cosa)=0其中ZA0C=a聯(lián)立解得a=20這樣解答當(dāng)然是正確的，但如果把他與重力場類比，把Eq與嗎的合力F,看作等效的重力，則P點就是等效最低點。在利用擺動的對稱性，就可迅速得出小球速度再次為零時的位置C,此時ZA0C必為20o這樣解答自然更簡潔。例2、如圖2所示，半徑為R的鉛球球心為0,在與球面相切處挖去半徑為的一個小球，球心在01。余下月牙形的質(zhì)量為M,在001連線外放另一質(zhì)量為m的小球，球心為02,002距離為d,試求M、m間的萬有引力。圖2【解析】對于月牙形狀來說，重心位置顯

6、然不能確定，這就是本題的難點。但采用等效的方法輕而易舉。假想把挖去的那部分填滿，則大球?qū)?2的引力F1方向向左。而補上去的球?qū)η?2的萬有引力F2也是向左。這樣,月牙形狀物對球02的引力F=F1-F2O這樣將月牙形物體對02的引力轉(zhuǎn)化成兩圓球?qū)?2的引力差。1.力學(xué)中的等效合力分力具有等效性，關(guān)于這一點在力的合成與分解中得到了充分的體現(xiàn)。除此之外，在另一類題目中，如果也能夠充分應(yīng)用等效觀點，將物體所受的多個恒力等效為一個力，就可以將較復(fù)雜的物理模型轉(zhuǎn)化為相對較為簡單的物理模型，然后再去應(yīng)用我們熟知的規(guī)

7、律去列方程，這樣將會大大降低解題的難度；更有利于問題的正確解答。例3、一質(zhì)量為m=50kg的輪胎放在臺旁，臺階的高度為輪胎半徑的一半，為了在輪胎最高處A用一最小的力，使輪胎剛能以0’點為軸滾上臺階，求：(1)這個最小力應(yīng)沿什么方向？大小等于多少?(2)臺階對車輪胎的支持力和摩擦力各是多大?【解析】本問題涉及到轉(zhuǎn)動問題，通常的分析方法是應(yīng)用有固定轉(zhuǎn)動軸物體的平衡條件EM=0,要使作用力最小，又要滿足作用力的力矩和重力矩平衡，故作用力Fmin應(yīng)垂直于0’A斜向上右上方。大小就要用到力矩平衡公式去計算了。如

8、果我們注意到摩擦力f與支持力FN的合力F—定沿0’A經(jīng)過A點，則如圖3中所示就簡化成三力平衡問題了,且力F與在A點施加的外力的合力不變，為mg,方向豎直向上，這樣我們由圖可以和簡便的得到當(dāng)力Fmin與F垂直時,力Fmin最小。故:Fmin二mgsin300=mg/2=2.5X102N這樣N與f的合力F為F=mgcos300N=Fcos300=mgcos2300=375Nf=mgcos300sin300=1253N1.電學(xué)中的等效有關(guān)電路分析和計算的題目，