从“等效替代”法探究高中物理的学习

张艳军

摘要：物理学在长期的发展过程中，形成了一整套思维方法，对其他相关学科的发展及对人类的思维形式、生活认知也产生着重要的影响。这些方法的学习、总结、应用也对高中物理的学习也有着极其重要的意义。我们以较典型的等效替代法为例进行分析，希望对广大高中生的物理学习能起到积极的作用。

关键词：思维方法;等效替代;主要因素;次要因素;化繁为简;以简代繁

中图分类号：G4文献标识码：A文章编号：（2021）-04-008

高中物理是研究物体运动的规律及物质的构成、物质间相互作用的一门科学。物理学在长期的发展过程中，形成了一整套思维方法，这些方法不仅对物理学的发展起到了重要的作用，而且对其他相关学科的發展及对人类的思维形式、生活认知也产生着重要的影响。然而，高中物理却成为不少高中生的困扰，让许多高中生伤透脑筋。现在我们就从“等效替代法”来一同探究高中物理的学习吧！

认识复杂事物的规律，往往可以从事物的等同效果出发，将其转化为简单的或我们已知的、已经掌握的问题进行研究，这种方法就是等效替代法。按照等同效果形式的不同，可将其简单分为模型等效替代、过程等效替代、作用等效替代等。

一、模型等效替代

在物理学研究问题的过程中，我们常常用简单的、易于研究的模型来代替复杂的物理原形，这种方法称为模型等效替代法。它既包括对各种理想模型的具体应用，也包括利用各种实物模型来模仿、再现原形的某些特征、状态和本质。这种方法并不是对客观存在的物理对象进行研究，而是对抽象简化后的模型的研究，达到认识原形的目的。

例如，质点的引入。在研究物体运动时，如果物体的大小、形状处于次要的可以忽略的情况。则我们就可以忽略物体的大小、形状，而只保留其质量，这样就把物体转化为一个有质量的点，即质点。质点的引入为我们以后的研究物体的运动提供了很大的方便。这种用模型来替代物体原形的方法是通过忽略次要因素，抓住主要因素并加以抽象、概括等思维过程形成理想模型。类似的应用还有重心、点电荷、理想气体等，这些都是在一定条件下、一定的精度范围内对实际客体的一种等效代。这种化繁为简的思维方法，是高中物理学中应该掌握的，它对物理的学习有着极大的帮助。

二、作用等效替代

作用等效替代，是指在某一物理过程中对外界所产生的作用效果用已知的能达到相同效果的物理过程来替代，从而来研究物理事物的本质和规律，分析和处理物理问题的一种思维方法。

例如，在力的合成与分解中，如力的合成是用一个力来代替几个力的同时作用，并使其作用效果相同，这个力称为合力。力的分解则是用几个力同时作用的效果来代替一个力的作用，这几个力称为分力。“合成”与“分解”概念的建立，就是从作用效果相同引入的。同理，在电磁学中，几个带电体所产生的电场对一个电荷的作用，相当于每一个带电体单独存在时对该电荷作用的矢量和。在力的合成与分解中，要遵从平行四边形法则或三角形法则。在后续的学习力的合成分解，进一步推广到了所有矢量的合成与分解。

再如，在由重力场及匀强电场组成的合场中，我们则可以利用重力与电场力的合力作为等效重力来仿照物体在竖直面内的圆周运动，寻找等效最高点和等效最低点，研究物体的运动和受力及功能关系。从而将带电物体在复合场的复杂运动转化为一般的圆周运动来研究。所以合理的利用作用的等效替代可以化繁为简，化未知为已知，顺利解决很多新颖问题。

三、过程等效替代

过程等效替代，是用一种或几种简单的过程来代替一种复杂的过程的方法。

如平抛运动可利用水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体来替代这种曲线运动。这对于我们解决曲线运动的问题提供了一个很好的思路。再如匀变速直线运动中位移公式的推导就是把一个个较短时间内的变速运动简化为匀速直线运动，然后合成，从而得到图形与坐标轴所围面积X=（V+V0）t/2与匀变速直线运动的位移关系。这也是一个运用多个简单过程替代复杂过程的典型例子。同理，“平均加速度”概念的引入，碰撞过程中“平均力”，亦是过程等效替代。

总之，无论哪一种形式的等效替代都可以通过分析、对比，抓住问题的主要因素，忽略次要因素，然后对所研究问题或案例加抽象、概括，化繁为简，以简代繁，从而达到化未知为已知的目的，从而达到对高中物理中的分析和建模。因此，在物理的学习中大家要善于归纳总结各种的物理方法，把长期以来在物理发展中前人总结的各种思维形式，认知方法作为重点认真学习、理解、总结然后在应用的实际问题中去！