張子欣

高中物理是理科生學(xué)習(xí)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。在高中階段的物理學(xué)習(xí)過程中，我發(fā)現(xiàn)大部分同學(xué)在該學(xué)科上都投入了很多精力，收效卻甚微，特別是有關(guān)力學(xué)方面。我在大量的實(shí)踐練習(xí)當(dāng)中發(fā)現(xiàn)：在力學(xué)題中應(yīng)用等效替代思想對(duì)解題有事半功倍的效果，如利用作用力的等效替代解題、利用運(yùn)動(dòng)過程的等效替代解題、利用物理模型的等效替代解題等?；诖?，本文對(duì)等效替代思想在高中物理力學(xué)解題中的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行了闡述，希望為廣大學(xué)者在高中物理力學(xué)題目的解題提供參考。

在高中階段的學(xué)習(xí)之中，物理是極為重要的一門課程，而力學(xué)恰恰是物理學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)內(nèi)容，但在力學(xué)習(xí)題的練習(xí)之中，許多同學(xué)無法合理的進(jìn)行受力分析，自然也就無法良好的解決物理習(xí)題，這不僅僅會(huì)造成此階段學(xué)習(xí)成績(jī)的下降，還會(huì)影響到接下來物理知識(shí)的學(xué)習(xí)。因此，為良好的解決物理力學(xué)習(xí)題，應(yīng)在解題的過程之中，充分發(fā)揮等效替代思想的作用，以便于我們對(duì)力學(xué)問題進(jìn)行良好解答。

一、利用作用力的等效替代解題

對(duì)于高中階段的物理學(xué)習(xí)來說，其與初中的物理知識(shí)存在較大的差別，最為明顯的便是物理知識(shí)的難度提升了很多，就物理力學(xué)學(xué)習(xí)而言，在對(duì)相關(guān)的題目進(jìn)行解答時(shí)，常常會(huì)受困于受力分析上，從而難以將題目良好的解答出來，加之在有些力學(xué)題目之中，其受力分析較為復(fù)雜，若簡(jiǎn)單的列方程，則常常會(huì)出現(xiàn)解答錯(cuò)誤的現(xiàn)象。此時(shí)，為對(duì)題目進(jìn)行良好的解答，便應(yīng)運(yùn)用等效替代的思想，對(duì)合力與分力之間的等效替代關(guān)系充分的利用，根據(jù)物理力學(xué)題目的實(shí)際問題分析，若其中存在明確告知的恒力，應(yīng)先行對(duì)該恒力進(jìn)行計(jì)算，使之合并成一個(gè)力，這也就是等效替代，可有效將多個(gè)力進(jìn)行簡(jiǎn)化，此時(shí)再對(duì)題目進(jìn)行解答，便會(huì)發(fā)現(xiàn)解題思路變得清晰許多，此時(shí)再利用方程對(duì)受力模型進(jìn)行解答，不僅僅使計(jì)算過程變得簡(jiǎn)便，還有助于提升解題的正確性，有利于我們?cè)趯?duì)同類型的物理力學(xué)題目的解答時(shí)，擁有更加清晰明確的解答思路。

例如，在解答圖1所示的物理力學(xué)題目時(shí)，便可充分運(yùn)用作用力的等效替代來進(jìn)行解答。如圖所示，有一個(gè)質(zhì)量為4kg的質(zhì)點(diǎn)，其在大小、方向均不同的六個(gè)共點(diǎn)力的作用之下，呈現(xiàn)出平衡狀態(tài)，已知六個(gè)作用力之中存在兩個(gè)相互垂直的作用力，分別為4N和3N，若將這兩個(gè)作用力撤掉，則質(zhì)點(diǎn)的加速度是多少？

解答，從圖I的受力圖及題干的分析可發(fā)現(xiàn)，該質(zhì)點(diǎn)所受到的作用力較多，除需要撤掉的兩個(gè)作用力外，質(zhì)點(diǎn)所受其余的作用力沒用明確的方向，此時(shí)對(duì)題目的解答首先應(yīng)得到除撤出力以外的作用力的合力，如圖2所示，將相互垂直的兩個(gè)力的合力為F甲。此時(shí)，對(duì)題目進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，作為其余力的合力F乙，其必然與兩個(gè)撤出力的合力F甲相平衡，也就是說合力F乙與合力F甲效果相同，若撤掉4N和3N這兩個(gè)作用力，則僅剩合力F乙，此時(shí)對(duì)質(zhì)點(diǎn)所受到的合力依照公式F=ma進(jìn)行計(jì)算，可得加速

二、利用運(yùn)動(dòng)過程的等效替代解題

在高中階段的物理學(xué)習(xí)之中，許多題目之中都會(huì)涉及到運(yùn)動(dòng)方面的知識(shí)，且部分題目之中物體的運(yùn)動(dòng)過程通常較為復(fù)雜，若僅僅依照相關(guān)的公式進(jìn)行解題，通常會(huì)因缺少相應(yīng)的解題思路，而無法將題目良好的解答出來。此時(shí)，為能夠在解題之中擁有較為清晰的解題思路，可以將等效替代的思想貫穿于解題的整個(gè)過程之中，充分運(yùn)用合運(yùn)動(dòng)與分運(yùn)動(dòng)之間所具有的等效性，來對(duì)題目之中的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行簡(jiǎn)化分析。

例如，在進(jìn)行物理題目的解答時(shí)，對(duì)于水平方向的勻速直線運(yùn)動(dòng)與豎直方向上的自由落體運(yùn)動(dòng)，可將這兩種運(yùn)動(dòng)看做是平拋運(yùn)動(dòng)的分運(yùn)動(dòng)，則平拋運(yùn)動(dòng)也就是二者的合運(yùn)動(dòng)，依照此類解題思路便可將較為復(fù)雜的曲線運(yùn)動(dòng)類型的題目，用兩個(gè)較為簡(jiǎn)單的直線運(yùn)動(dòng)組合題目所代替。而面對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)及勻速直線運(yùn)動(dòng)題目的解答，我們通常能夠?qū)忸}的知識(shí)內(nèi)容良好的運(yùn)用，同時(shí)也擁有良好的解題思路，能夠?qū)︻}目良好的解答。例如，在圖3所示的勻強(qiáng)電場(chǎng)之中，電場(chǎng)強(qiáng)度為E，此時(shí)豎直向上發(fā)射一枚小球，小球的質(zhì)量為m，初速度為v0，小球的電量為+q，求小球在運(yùn)動(dòng)過程中具有的最小速度。

解答，對(duì)圖及題干進(jìn)行分析，可知小球受到重力G及電場(chǎng)力F的作用，且這兩個(gè)力的合力為F合，由此可知小球做曲線運(yùn)動(dòng)。此時(shí)如圖設(shè)置y軸與x軸，并在這兩個(gè)方向分解V0，則此時(shí)Vx=V0sinθ，vy=v0cosθ，在x方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)，且Vx=V0sin勻減速直線運(yùn)動(dòng)，此時(shí)便可用上述的等效代替思想進(jìn)行解題，將之用兩個(gè)較為簡(jiǎn)單的直線運(yùn)動(dòng)代替。此時(shí)，可知當(dāng)在Y方向上的的Vy=0時(shí)，二者之間的和速度最小，此時(shí)便是小球在運(yùn)動(dòng)過程中具有的最小速度，即Vmin=Vx=V0sinθ=V0。

三、利用物理模型的等效替代解題

在高中階段的物理學(xué)習(xí)之中，對(duì)大量的物理習(xí)題進(jìn)行總結(jié)，可發(fā)現(xiàn)在近年來的高考物理試題之中，命題人在出題時(shí)對(duì)新的創(chuàng)意、背景、過程更加注重，但究其根本其題目所要考察的內(nèi)容仍然是日常學(xué)習(xí)之中反復(fù)強(qiáng)調(diào)的物理模型，其中主要包括單擺模型、彈簧振子模型、子彈射木塊模型等較為經(jīng)典的物理模型，此時(shí)在對(duì)物理題目進(jìn)行解答時(shí)，應(yīng)提升自身對(duì)模型的認(rèn)知，并能夠透過題目的表象看到其考察的本質(zhì)。

例如，在圖4之中，在一個(gè)光滑的水平面內(nèi)的光滑絕緣板上，豎直固定著一對(duì)平行的金屬板，其總質(zhì)量為M=0.3kg，兩金屬板之間的距離為d=0.04m，在金屬板上加以適當(dāng)?shù)碾妷?，此時(shí)一個(gè)質(zhì)量為m=0.1kg，帶電量為q=2.5×10-6C的小球，以大小為v0=10m/s的速度，從右板底部小孔沿絕緣板射入兩金屬板之間，并恰好能夠到達(dá)金屬板左端（未接觸），求兩金屬板之間所施加的電壓U。

解答，對(duì)題干進(jìn)行大致的分析后，可發(fā)現(xiàn)其可利用子彈穿木塊模型的等效替代思想進(jìn)行解題，此時(shí)設(shè)小球到達(dá)金屬板左端時(shí)的速度為V，經(jīng)由動(dòng)量守恒便可得到mv0=（M+m）v，而后利用能量守恒進(jìn)行解代入得U=1.5×106v。

總而言之，在高中階段的物理學(xué)習(xí)之中，物理題目所涉及到的受力、運(yùn)動(dòng)、模型等方面的知識(shí)內(nèi)容，通常都用較為復(fù)雜的方式進(jìn)行表達(dá)，但知識(shí)的本質(zhì)是不變的，只要在解題過程之中充分運(yùn)用等效替代思維，便能夠?qū)?fù)雜的內(nèi)容有效簡(jiǎn)化，此時(shí)僅利用學(xué)過的知識(shí)便能夠?qū)︻}目輕松解答。