高中物理教學(xué)論文 等效法在中學(xué)物理中教學(xué)實(shí)踐與反思

1、等效法在中學(xué)物理中教學(xué)實(shí)踐與反思一、等效法在物理教與學(xué)的過(guò)程中發(fā)揮的作用。等效方法，它是通過(guò)對(duì)問(wèn)題中的某些因素進(jìn)行變換或直接利用相似性，移用某一規(guī)律進(jìn)行分析而得到相等效果，利用此方法可做到扎實(shí)基礎(chǔ)知識(shí)，活化思維，化繁為簡(jiǎn)，達(dá)到“柳暗花明又一村”的境界，從而激發(fā)學(xué)生的思維火花，真正實(shí)現(xiàn)新課程理念之一“過(guò)程與方法”，逐步養(yǎng)成科學(xué)思維品質(zhì)。例題：在空中某點(diǎn)以相同速率同時(shí)分別豎直向上、豎直向下、水平向左和水平向右拋出四個(gè)小球，不計(jì)空氣阻力，在小球、落地前任意瞬間，以四個(gè)小球所在位置為頂點(diǎn)構(gòu)成的圖形是A 、任意四邊形  B、長(zhǎng)方形   C、菱形  D、正方形解析：

2、拋體運(yùn)動(dòng)在不計(jì)空氣阻力的情況下可等效成勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)和自由落體運(yùn)動(dòng)的合成。在同一個(gè)自由落體參考系中觀察這四個(gè)小球的運(yùn)動(dòng)，都是沿拋出方向的勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。因此落地前任意瞬間以四個(gè)小球所在位置為頂點(diǎn)構(gòu)成的圖形為正方形。本題做完反思避開(kāi)四種拋體運(yùn)動(dòng)細(xì)節(jié)的不同，關(guān)鍵抓注了四種拋體運(yùn)動(dòng)的實(shí)質(zhì)，有相同的分運(yùn)動(dòng)自由落體， 從而建立共同參考系“自由落體坐標(biāo)系”。 二、中學(xué)物理中常見(jiàn)的幾種等效處理。（1）物理量的等效。在學(xué)習(xí)物理的過(guò)程經(jīng)常遇到等效等效電阻、等效電源、等效長(zhǎng)度、合力、合電場(chǎng)強(qiáng)度等，這些無(wú)不滲透著等效思想。如：矢量的疊加原理：在空間有兩個(gè)大小、方向不同的共點(diǎn)力F1 、F2，它們的交角為，如圖1

3、所示，兩個(gè)力的效果等同于大小這個(gè)力的作用。標(biāo)量的等效處理：一個(gè)面積為S的平面在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，如圖2所示，穿過(guò)這個(gè)平面的磁通量為。圖中S即為S的有效面積，其值S=Ssin。     （2）過(guò)程的等效。  在中學(xué)物理中有些題目所涉及的過(guò)程非常復(fù)雜，以致我們無(wú)法或不必要嚴(yán)格地搞清楚整個(gè)過(guò)程中的各個(gè)細(xì)節(jié)，往往只要把握住起始狀態(tài)和終止?fàn)顟B(tài)，定性地分析過(guò)程，運(yùn)用等效的觀點(diǎn)，將整個(gè)過(guò)程等效為一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的過(guò)程，從而方便求解。如圖所示，一根長(zhǎng)為2L的均質(zhì)細(xì)鏈AB對(duì)稱(chēng)的掛在輕小、光滑的定滑輪上，滑輪半徑rL，當(dāng)受到輕微的擾動(dòng)，細(xì)鏈脫離定滑

4、輪時(shí)的速度為多大？     （3）、運(yùn)動(dòng)的等效。用一種（或兩種）運(yùn)動(dòng)代替另一種運(yùn)動(dòng)保持效果不變，這種方法在運(yùn)動(dòng)的處理時(shí)經(jīng)常用到。例如平拋運(yùn)動(dòng)可等效成：水平方向的勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)和豎直方向的自由落體運(yùn)動(dòng)的合運(yùn)動(dòng)或平行于斜面以初速度為vcos加速度為gsin的勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)和垂直于斜面為初速度為vsin加速度為gcos的勻減速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的合運(yùn)動(dòng)（如圖4-1）。再如：帶電粒子以一與磁場(chǎng)方向成的速度V射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)（如圖4-2），可等效為沿磁場(chǎng)方向的勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)和垂直于磁場(chǎng)方向的勻速圓周運(yùn)動(dòng)的合運(yùn)動(dòng)。 （4）物理模型的等效。中學(xué)物理中牽涉到的物理模型

5、有碰撞模型、人船模型、子彈射木塊模型、彈簧振子模型等等。在解題的過(guò)程可以借助這些物理模型來(lái)簡(jiǎn)化解題過(guò)程，達(dá)到事半功倍的效果。 例如：如圖5所示，A、B兩物體位于光滑的水平面上，僅限于沿直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)它們之間的距離大于某一定值d時(shí)，相互作用力為零。當(dāng)它們之間距離小于d時(shí)，存在恒定的斥力F的作用。設(shè)A物體的質(zhì)量為m1，開(kāi)始時(shí)靜止在直線(xiàn)上的某點(diǎn)；B物體質(zhì)量為m2，以速度V0從遠(yuǎn)處沿該直線(xiàn)向A運(yùn)動(dòng)。求：A、B之間的最小距離。     三、實(shí)際等效處理時(shí)出現(xiàn)問(wèn)題的教學(xué)案例案例1、如圖6所示，勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度為E，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，在這個(gè)電、磁場(chǎng)共

6、同存在的區(qū)域內(nèi)有一個(gè)足夠長(zhǎng)的絕緣桿沿水平方向放置，桿上套有一個(gè)質(zhì)量為m，帶電量為+q，的金屬環(huán)，環(huán)與桿的動(dòng)摩擦因素為，且，求金屬桿運(yùn)動(dòng)的最大速度的大小。  A、兩處的電場(chǎng)方向相同，E1> E2B、兩處的電場(chǎng)方向相反，E1> E2C、兩處的電場(chǎng)方向相同，E1< E2D、兩處的電場(chǎng)方向相反，E1< E2 錯(cuò)解：先利用對(duì)稱(chēng)性分析對(duì)P1的場(chǎng)強(qiáng)，（如圖7-2）虛線(xiàn)為P1點(diǎn)右側(cè)L/4處，則虛線(xiàn)左側(cè)區(qū)域?qū)1點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)為零，整條細(xì)桿對(duì)該點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)等效于虛線(xiàn)右側(cè)L/2區(qū)域內(nèi)細(xì)桿對(duì)該點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)，虛線(xiàn)右邊區(qū)域所帶電量等效于O/所帶的電量，即，Q為整條細(xì)桿的帶電量。P

7、2的場(chǎng)強(qiáng)，把整條細(xì)桿的帶電量等效為細(xì)桿中點(diǎn)所帶的電量，即。所以選擇B選項(xiàng)分析：本題解答錯(cuò)在將均勻帶電球模型遷移過(guò)來(lái)，均勻帶電球?qū)η蛲饽滁c(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)可等效為球體帶電量集中在球心，即求球心到該點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)。但對(duì)于細(xì)桿不成立，在高中階段由于數(shù)學(xué)知識(shí)的有限，我們只能用對(duì)稱(chēng)性定性地去解決此題。以上已經(jīng)分析P1的場(chǎng)強(qiáng)可認(rèn)為距半條桿左側(cè)L/4處的場(chǎng)強(qiáng)，而P2可認(rèn)為距整條桿右側(cè)L/4處的場(chǎng)強(qiáng)，顯然E1< E2，選擇D。    案例3、長(zhǎng)方體金屬塊放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，有如圖8電流流過(guò)金屬塊，則（    ）A、金屬上下表面電勢(shì)相等 

8、0;            B、金屬上表面電勢(shì)高于下表面電勢(shì)C、金屬上表面電勢(shì)低于下表面的電勢(shì)    D、無(wú)法判斷上下表面的電勢(shì)的高低                           &

9、#160;                                                 &

10、#160;                                  錯(cuò)解：根據(jù)“電流的方向等效于正點(diǎn)荷的運(yùn)動(dòng)方向”，由圖示電流方向得出正點(diǎn)荷的運(yùn)動(dòng)方向水平向右，正點(diǎn)荷在洛倫茲力的作用下向上偏轉(zhuǎn)，從而上表面帶正點(diǎn)荷電勢(shì)高，所以選擇B選項(xiàng)。分析：“電流的方向等效于

11、正點(diǎn)荷的運(yùn)動(dòng)方向”這句話(huà)是正確的，但本題實(shí)際定向運(yùn)動(dòng)的電荷為電子，受洛倫茲力的是電子不是所謂的“正點(diǎn)荷”，電子向上偏轉(zhuǎn)，上表面由于積累電子電勢(shì)抵。正確答案為C。 四、等效法運(yùn)用的教學(xué)實(shí)踐反思。     等效法誠(chéng)然可以起到活化思維、化繁為簡(jiǎn)、開(kāi)拓思維的功效，但是如何在解決物理問(wèn)題情境時(shí)準(zhǔn)確無(wú)誤的加以運(yùn)用呢？筆者認(rèn)為需要扎實(shí)基礎(chǔ)知識(shí)，強(qiáng)化對(duì)物理定義、定理和定律的深刻理解與領(lǐng)悟。在平時(shí)的教學(xué)中不能舍本逐末，不能一味的追求解題的技巧性上，簡(jiǎn)單地把思維方法的傳授停留在“從方法到方法”的層面上，以至生搬硬套掩蓋了物理的實(shí)質(zhì)。筆者認(rèn)為等效思維方法的滲透離不開(kāi)

12、以下兩方面的教學(xué)工作。（1）努力做好物理定義概念、定理和定律的教學(xué)。這些是物理基礎(chǔ)性的知識(shí)，但物理問(wèn)題的分析與解決無(wú)不由此開(kāi)始，也是尋求“等效”關(guān)系的依據(jù)。一個(gè)等效關(guān)系是否成立、可靠，關(guān)鍵在于能否經(jīng)得住物理規(guī)律的檢驗(yàn)。例如“等效電源”概念的提出，如何確定等效電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻呢？（如圖9-1、9-2）        根據(jù)電動(dòng)勢(shì)的操作性定義“當(dāng)電源兩端斷開(kāi)時(shí)，電源兩端電壓數(shù)值即為電源的電動(dòng)勢(shì)的大小”上圖中MN間的電壓即為等效新電源的電動(dòng)勢(shì)，圖9-1中等效電動(dòng)勢(shì)E等=E，由于電源與r/串聯(lián)所以等效內(nèi)阻為r等=r+r/，圖9-2中等效電動(dòng)勢(shì)為E等=，由于電源與r/并聯(lián)所以等效內(nèi)阻為。進(jìn)一步拓展：能把電源和滑動(dòng)變阻器放在一起等效成一個(gè)新電源嗎？（2）適時(shí)滲透物理學(xué)思維方法。高中物理中我們研究的對(duì)象往往是理想化模型，如：質(zhì)點(diǎn)、理想氣體、電電荷等；或理想化過(guò)程，如勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)、勻速圓周運(yùn)動(dòng)等。但是如果遇到一個(gè)實(shí)際圖景如上述案例2，為什么不能把“點(diǎn)電荷”這個(gè)理想化模型遷移過(guò)來(lái)呢？如何去判斷正確與否？我們可以采用微元法去驗(yàn)證，取相對(duì)于中點(diǎn)對(duì)稱(chēng)兩個(gè)電荷微元q（如圖10