浅谈变通等效思维在物理学中的应用

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  在高中物理教学中,不仅要重视物理知识的教学,还要重视物理思想和物理方法的教学,如培养学生的分析、概括、抽象、推理等思维能力和应用数学解决物理问题的能力。这些思维和方法包括:观察实验法、理想化法、等效思维处理法、极值法、近似处理法等。只有领会了物理思想,掌握物理学方法,才能把物理知识学到手,才能会应用这些知识来解决问题,在这里将浅谈变通等效思维在物理学中的应用。
  例1.如图l所示,物体在四个共点力的作用下处于静止状态,若
  把F4的方向逆时针转过90°,而保持大小不变,其余三个的大小和方向均保持不变,则此时物体所受四个力的合力大小为:( )
  A 2F4 ;B F4 ;C 2 F4;D 不能确定.
  解析:此题按照通常思维,须按平行四边形定则将变化后的四个力逐个合成而求合力,但本题每个分力大小和力与力之间的夹角未给出,无法求解。所以须运用变通等效的思维求解.先假设将F4去掉,那么其它三个力F1、F2、F3的合力大小将等效于F4大小且与F4 方向相反,而F4没有去掉,只是逆时针转过90°,所以物体可以等效看作受两个F4作用且两个力互相垂直(如图2),那么,F合= 2 F4,选A答案。
  例2.六根互相绝缘的导线,在同一平面内组成四个相等的正方形,导线中通以大小相等的电流,方向(如图3)所示,在这四个正方形中指向纸面的磁通量最大的区域是:
  A I; B Ⅱ; C Ⅲ; D Ⅳ。
  解析:由于六根导线通相同的电流强度,而且互相平行的三根导线的电流方向相同,所以六根导线在该四个区域产生的磁场等效为一根方向与水平面成45°角,通过Ⅱ、Ⅳ两个正方形对角线并通过O(中心点)的通电导线所产生的磁场,(如图4)虚线所示,由右手安培定则可以断定I区域内磁场方向是垂直于纸面进去的,Ⅲ区域是垂直纸面出来的,Ⅱ、IV中磁通量Φ为0,A正确。
  例3.一个金属环,若把它截去一小段(如图5),将剩下的环放在一火炉上烤,使其温度升高,请问缺口是变大还是变小?
  解析:此题以环为对象来研究不好判断其缺口变大还是变小,但我们可以变通地考虑去掉的那一小段金属的变化情况,它的变化等效缺口变化。若其变大,则环缺口变大,反之亦然。根据“热胀冷缩”原理。很容易判断出去掉的一小段金属的温度升高后会变长,从而可知环的缺口变大。
  由以上例题可以看出,运用的思维方式不同解题的难易程度也就不同,所以在现代的教学手段中,不应仅局限于知识点的教学,还应将物理思维和物理方法运用到实际的问题中,使学生从枯燥的知识点中解脱出来,轻松的去学习物理,学好物理。
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