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        妙用等效思想巧解物理問題

        2023-05-30 04:15:07林廈門
        中學(xué)理科園地 2023年2期
        關(guān)鍵詞:動(dòng)態(tài)分析思維障礙

        林廈門

        摘 ? 要:良好的物理思維是學(xué)好物理的關(guān)鍵,而等效思想是解決物理問題的常用思想方法,它能夠?qū)?fù)雜、陌生的物理問題轉(zhuǎn)變?yōu)楹?jiǎn)單、熟知的物理問題。文章對(duì)動(dòng)態(tài)電路分析中學(xué)生糾結(jié)的問題進(jìn)行深入剖析,用等效思想厘清學(xué)生思維障礙,解決物理問題具有很好的借鑒意義。

        關(guān)鍵詞:思維障礙;成因剖析;等效思想;動(dòng)態(tài)分析

        引言

        “等效思想”是人們?cè)谡J(rèn)識(shí)物理事物時(shí),從等同效果出發(fā),將其轉(zhuǎn)化為等效、簡(jiǎn)單、易于研究事物的過程中凝結(jié)的思想[ 1 ]。等效思想在高中物理教學(xué)中應(yīng)用廣泛,如重心是重力的等效作用點(diǎn),合力和分力、合運(yùn)動(dòng)和分運(yùn)動(dòng)可以互相等效替代,交變電流的有效值和平均值是基于等效思想凝練出的電學(xué)概念,小球在光滑圓弧上的小角度往返運(yùn)動(dòng)可以等效為單擺等。總結(jié)起來,常見的等效有“作用等效”“過程等效”“模型等效”“本質(zhì)等效”等?!暗刃枷搿痹趯?shí)際應(yīng)用中,最大的難點(diǎn)是要對(duì)“等效”做出準(zhǔn)確評(píng)判,如交變電流的平均值是根據(jù)電荷轉(zhuǎn)移的效果相同進(jìn)行評(píng)估,而交變電流的有效值則是從電路發(fā)熱相同的角度進(jìn)行判定。關(guān)于“等效思想”的教學(xué)普遍存在“重視等效結(jié)果的應(yīng)用,忽視等效過程的分析”的問題,導(dǎo)致學(xué)生無(wú)法理解“等效思想”的精髓,教學(xué)效果大打折扣,不利于科學(xué)思維的培育。下面以“等效思想”在動(dòng)態(tài)電路分析中的應(yīng)用為例,從“電阻的等效”“電源的等效”“電阻、電源的綜合等效”三個(gè)方面闡述等效的基本原理、使用的基本方法,希望能為“等效思想”的教學(xué)起到一定的示范作用。

        1 ?等效思想在動(dòng)態(tài)電路分析中的使用

        “等效思想”在動(dòng)態(tài)電路分析中的使用首先要聯(lián)系學(xué)生的已有知識(shí)——“閉合電路歐姆定律”,其次要厘清需要等效的對(duì)象——“電源”或“電阻”,最后對(duì)電路進(jìn)行“等效”簡(jiǎn)化分析。不少動(dòng)態(tài)電路分析問題會(huì)使學(xué)生陷入邏輯死循環(huán),導(dǎo)致思維進(jìn)入死胡同,對(duì)于這類問題,如果能借助“等效思想”這個(gè)分析利器,可以輕松撥開迷霧,起到正本清源的作用。

        下面以一道遠(yuǎn)距離輸電的動(dòng)態(tài)分析(例題1)為例,對(duì)等效思想在解決物理問題中的使用步驟和使用方法進(jìn)行分析,以期為讀者使用此方法解決物理問題提供參考范例。

        1.2 ?阻礙問題解決的成因分析

        究竟是什么原因?qū)W生導(dǎo)致學(xué)生的思維障礙?有沒有更好的方法可以解開這個(gè)死結(jié)呢?方法論是規(guī)律的揭示和思維的凝練,對(duì)于分析和解決各種問題具有普遍性指導(dǎo)意義。高中物理問題的分析和研究很強(qiáng)調(diào)方法性,如果方法選得巧,則學(xué)生的問題解決將事半功倍,如果方法選擇不當(dāng),則會(huì)造成緣木求魚的尷尬[ 2 ]。例1中學(xué)生之所以陷入死胡同,主要原因如下。

        1.2.1教師方面

        一是教師缺乏解題思想培育意識(shí),如例1教學(xué)中沒能滲透等效思想,只憑經(jīng)驗(yàn)讓學(xué)生盲目套用二級(jí)結(jié)論,沒有剖析“串反并同”的由來,容易導(dǎo)致學(xué)生似懂非懂,不知所以然,學(xué)生因此常常處于一知半解狀態(tài)。二是高中課堂教學(xué)容量大,為了趕進(jìn)度,教師更傾向于滿堂灌,二級(jí)結(jié)論直接灌輸給學(xué)生,教師并沒有詳細(xì)剖析如何思考、如何破題的解題思路,久而久之,學(xué)生的思維品質(zhì)沒能得到有效訓(xùn)練和培養(yǎng)。三是等效電源和電阻問題有一定難度,很多教師避而遠(yuǎn)之。

        1.2.2學(xué)生方面

        由于教師的滿堂灌,學(xué)生根本沒有思考的時(shí)間和空間,只能被動(dòng)聽課。教師解題技巧方法都是事先準(zhǔn)備好的,課堂上就能娓娓道來,學(xué)生看似聽得津津有味,由于缺乏深入思考,印象并不深刻,更談不上思維品質(zhì)的提升,長(zhǎng)此以往,導(dǎo)致建模能力不足,解題時(shí)方法選擇不當(dāng)。無(wú)論是具體方法的選擇、運(yùn)用,還是具體方法的改進(jìn)、優(yōu)化,都是在一定的方法論指導(dǎo)下進(jìn)行的,離開方法論的指引,方法必定是毫無(wú)章法的 [ 3 ]。

        1.3 ?等效思想的妙用

        蘇霍姆林斯基說:“成功的快樂,是一種巨大的情緒力量,它可以促進(jìn)學(xué)生好好學(xué)習(xí)的愿望”[ 4 ]。因此,要厘清學(xué)生的思維障礙,徹底消除學(xué)生的疑惑,必須另辟蹊徑,讓學(xué)生嘗到成功的滋味。

        1.3.1等效電阻問題

        不妨把如圖1中的后部分進(jìn)行簡(jiǎn)化處理,將如圖2所示的理想降壓變壓器及負(fù)載R這兩部分等效為如圖3所示的一個(gè)負(fù)載電阻R',則:

        1.3.2等效電源問題

        電源等效思想的靈活運(yùn)用是快速準(zhǔn)確處理動(dòng)態(tài)電路分析問題的關(guān)鍵,它能把復(fù)雜的問題簡(jiǎn)單化。

        例題2 ?如圖4所示的電路,電源電動(dòng)勢(shì)為E、內(nèi)阻為r,R1、R2為定值電阻,R為滑動(dòng)變阻器。則當(dāng)R的滑片向下端滑動(dòng)過程中,理想電流表和電壓表示數(shù)將怎樣變化?

        1.3.3等效電阻與等效電源綜合問題

        如果單單是等效電源和變壓器的等效電阻問題,難度不算太大,只要平時(shí)教學(xué)中有涉及,大部分學(xué)生還是能明白。但是如果將兩者結(jié)合起來,難度就大了很多,命題時(shí)一不留神可能會(huì)造成題目不自洽。以下這道例題3是某省質(zhì)檢題,由于有些物理量間的關(guān)系沒界定清楚,導(dǎo)致出現(xiàn)科學(xué)性錯(cuò)誤。

        例題3 ?用圖6的電路探究變壓器電壓與匝數(shù)的關(guān)系。已知n1為原線圈匝數(shù),n2為接線柱“1”時(shí)副線圈匝數(shù),n3為接線柱“2”時(shí)副線圈匝數(shù),且n1:n2:n3=2:4:1,ab兩端接入有效值恒定的正弦交變電壓,兩電壓表均為理想電表,滑片 P 位于滑動(dòng)變阻器正中間位置,電鍵 S原先撥到“2”,現(xiàn)將電鍵 S撥到“1”,燈泡 L 將變亮還是變暗?

        以上兩種解法再次表明,要判斷開關(guān) S打在“2”與打在“1”相比,燈泡 L 變亮或變暗,必須界定RL與■的大小關(guān)系,否則無(wú)解??梢?,等效電源和變壓器的等效電阻問題綜合起來考查難度可想而知,連省級(jí)命題團(tuán)隊(duì)都無(wú)法察覺,學(xué)生更不用說了。

        2 ?結(jié)束語(yǔ)

        總之,等效思想在高中物理教學(xué)中可以簡(jiǎn)化物理問題、豐富解題思路、提升思維高度,教師在課堂教學(xué)中應(yīng)做好引導(dǎo),切實(shí)提升學(xué)生解決問題的能力,發(fā)展學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)[ 5 ]。在“等效思想”的教學(xué)過程中,作為中學(xué)教師不但要讓學(xué)生知其然,還要讓學(xué)生知其所以然,既要重視等效的結(jié)果應(yīng)用,更要重視等效的過程分析,全面培育學(xué)生的科學(xué)思維,提升學(xué)生的關(guān)鍵能力。

        參考文獻(xiàn):

        [1] 鄧少?gòu)?qiáng),盧長(zhǎng)津.試析中學(xué)物理等效思想的“四化”[J] .物理通報(bào),2017(8):35.

        [2] 強(qiáng)光峰.比較法在物理問題解決中的應(yīng)用[J] .物理教師,2013(4):19-21.

        [3] 郭超.何謂思想政治教育歷史唯物主義方法論——從相關(guān)基礎(chǔ)概念談起 [J].徐州工程學(xué)院學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版),2021(6):36.

        [4] 何孟福.“三清”是構(gòu)建高效物理教學(xué)的平臺(tái)[J] .中學(xué)理科園地,2016(12):17.

        [5] 翁鵬飛.異曲同工 殊途同歸——談高中物理中的等效思想[J] .湖南中學(xué)物理,2021(7):77.

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