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【摘 要】教学不仅是传授知识，更重要的是教会学生学习的方法。等效法作为重要的一种学习方法，可有效地提高学生的物理学科核心素养。笔者在高中物理教学中，结合具体实例探究了等效法的应用，使教学的维度有宽广而深刻的拓展。
【关键词】等效法 高中物理 物理学科核心素养
中图分类号：G4 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2018.10.059
在新课程改革环境下，教师在物理教学中要注重学生物理学科核心素养（即物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任）的培养。作为物理学中的一种重要的科学思维方法，等效法不仅能帮助学生在不同的知识内容中进行归纳与关联，而且可以锻炼其分析与解决问题的能力，这也是培养和提升学生物理学科核心素养的关键途径。笔者在力学、静电学和电路等知识模块教学实践中，积极探索基于学科核心素养的物理教学，引导学生树立等效法的科学观念，培养其应用等效法解决物理问题的科学思维，并在等效法的应用迁移过程中培养学生科学探究的精神和良好的科学态度与责任。
一、高中物理学中等效法的内涵
等效法是科学研究的常用思维方法，它从事物的等同效果出发，对物理现象或物理过程建立等效模型，抓住关键因素，排除次要因素来讨论问题，使问题研究简单化[1]。
若不同的物理现象、模型或过程在物理意义、作用效果或物理规律方面相同，则它们之间可相互替代，这就是等效法。利用等效法可将陌生复杂的物理问题转化为熟悉简单的问题，既可锻炼学生的科学探究精神，又可培养其解决物理问题的科学思维。
二、高中物理学中等效法的应用
（一）物理过程等效
在某些物理问题中，其过程发展复杂多变，但我们可将其分解为多个简单过程，或把多个过程合成为一个过程，且分解或合成后不影响物理结果，这种方法就是物理过程等效法。应用物理过程等效法既可加深学生对物理过程的理解，提高解题速度，又从根本上帮助学生提高对知识和技能的迁移应用能力。
例如处理曲线运动的问题时，常采用矢量分解的方法将质点受到的力、速度与位移等物理量沿两个正交轴进行分解来研究其动力学规律。利用物理过程等效，将复杂的曲线运动等效为两个简单的直线运动，使复杂运动简单化，可简便地求解问题。例如平抛运动的处理就是利用此种方法。
而在研究一些复合场问题时，我们常采用矢量合成的方法将相关物理量进行合成。例如在研究带电粒子在电场和重力场中运动时，将粒子所受重力与电场力合成作为等效重力来研究粒子的运动规律。
例1：如图1甲所示，在水平向右的匀强电场中，有一竖直平面内放置的光滑绝缘轨道，一带负电的小球从高为h的A处由静止下滑，沿轨道ABC运动并进入圆环内做圆周运动。已知小球所受电场力是其重力的，圆环半径为R，斜面倾角为，。若使小球能做完整的圆周运动，h至少为多少？
解：小球所受的重力和电场力的合力F可等效为 “重力”，如图1乙所示。可知F=1.25mg，方向与竖直方向成37°。
由图可知，小球做完整圆周运动的临界点是D点（物理最高点），设小球恰好能通过D点，即到达D点时圆环对小球的弹力恰好为零。
由圆周运动知识得：
小球由A运动到D点，由动能定理得：
显然，在上题中若能灵活掌握物理过程等效法，既可提高解题效率，又拓展学生的科学思维与空间想象能力，提升了学生的物理学科核心素养。
（二）情景等效法
在高中知识背景下，有些物理问题不能直接用所学的定理、定律或公式求解。若对物理情景进行补充等效，且补充等效的情景与原情景相符，便可相互替代，这种方法就是情景等效法。采用情景等效法不仅有助于问题的解决，更有助于学生在变通与迁移中提高解决问题的能力，优化学生的科学思维品质。
解：高中生受限于数学知识，在求解质量（电荷）均匀连续分布的有空腔系统的万有引力（库仑力）有关的问题时，可采用情景等效法，使问题简化。
故挖出空穴后的铅球与小球间的万有引力为
显然，在上题中采用情景等效法进行求解，可使问题简化。类似地，在电学中，利用情景等效法将有缺口的带电圆环或圆板补全为圆环或圆板，或将半球面补全为球面，均可使问题化难为易、事半功倍。
（三）模型等效法
在研究物体的某一物理属性时，为减少变量，在保证物理效果相同的条件下，常将陌生复杂难处理的物理情景转化为熟悉简单易处理的物理模型，这种方法就是模型等效法。采用模型等效法不仅可以提高学生解决综合问题的能力，更可以提高其构建物理模型的能力，能较好地培养其逻辑思维能力。
例3：如图3所示，E=8V，，R1=8Ω，R2为变阻器（0-20Ω），当变阻器R2的取值为多大时，R2获得的电功率最大？此时R2的功率是多大？
解：若已知电源的输出功率随外阻的大小变化关系模型如图4乙所示：
显然，在上题中，求解滑动变阻器消耗的功率时，因其变量较多，若直接用物理公式求解较困难。但使用模型等效法进行求解，可使问题变简单，进一步提高学生的逻辑思维能力。
三、结束语
笔者从高中物理常见的问题中简单地探讨了等效法的具体应用，但等效法的应用是十分广泛的，在诸如等效电路相关计算、交变电流的有效值、通电导线在磁场中受到的安培力等问题中都利用了等效法的思想，使复杂问题简单化。而且等效法也给我们的工作和生活，特别是科学研究带来了很大的方便，必须充分理解和掌握这一基本方法[2]。
参考文献
[1]楚安夫.力学中的等效概念与方法. 山东：聊城师院学报（自然科学版）.1997
[2]李鸿征，郑文杰. 等效概念在教學中的应用. 河南： 焦作大学学报. 2001
【关键词】等效法 高中物理 物理学科核心素养
中图分类号：G4 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2018.10.059
在新课程改革环境下，教师在物理教学中要注重学生物理学科核心素养（即物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任）的培养。作为物理学中的一种重要的科学思维方法，等效法不仅能帮助学生在不同的知识内容中进行归纳与关联，而且可以锻炼其分析与解决问题的能力，这也是培养和提升学生物理学科核心素养的关键途径。笔者在力学、静电学和电路等知识模块教学实践中，积极探索基于学科核心素养的物理教学，引导学生树立等效法的科学观念，培养其应用等效法解决物理问题的科学思维，并在等效法的应用迁移过程中培养学生科学探究的精神和良好的科学态度与责任。
一、高中物理学中等效法的内涵
等效法是科学研究的常用思维方法，它从事物的等同效果出发，对物理现象或物理过程建立等效模型，抓住关键因素，排除次要因素来讨论问题，使问题研究简单化[1]。
若不同的物理现象、模型或过程在物理意义、作用效果或物理规律方面相同，则它们之间可相互替代，这就是等效法。利用等效法可将陌生复杂的物理问题转化为熟悉简单的问题，既可锻炼学生的科学探究精神，又可培养其解决物理问题的科学思维。
二、高中物理学中等效法的应用
（一）物理过程等效
在某些物理问题中，其过程发展复杂多变，但我们可将其分解为多个简单过程，或把多个过程合成为一个过程，且分解或合成后不影响物理结果，这种方法就是物理过程等效法。应用物理过程等效法既可加深学生对物理过程的理解，提高解题速度，又从根本上帮助学生提高对知识和技能的迁移应用能力。
例如处理曲线运动的问题时，常采用矢量分解的方法将质点受到的力、速度与位移等物理量沿两个正交轴进行分解来研究其动力学规律。利用物理过程等效，将复杂的曲线运动等效为两个简单的直线运动，使复杂运动简单化，可简便地求解问题。例如平抛运动的处理就是利用此种方法。
而在研究一些复合场问题时，我们常采用矢量合成的方法将相关物理量进行合成。例如在研究带电粒子在电场和重力场中运动时，将粒子所受重力与电场力合成作为等效重力来研究粒子的运动规律。
例1：如图1甲所示，在水平向右的匀强电场中，有一竖直平面内放置的光滑绝缘轨道，一带负电的小球从高为h的A处由静止下滑，沿轨道ABC运动并进入圆环内做圆周运动。已知小球所受电场力是其重力的，圆环半径为R，斜面倾角为，。若使小球能做完整的圆周运动，h至少为多少？
解：小球所受的重力和电场力的合力F可等效为 “重力”，如图1乙所示。可知F=1.25mg，方向与竖直方向成37°。
由图可知，小球做完整圆周运动的临界点是D点（物理最高点），设小球恰好能通过D点，即到达D点时圆环对小球的弹力恰好为零。
由圆周运动知识得：
小球由A运动到D点，由动能定理得：
显然，在上题中若能灵活掌握物理过程等效法，既可提高解题效率，又拓展学生的科学思维与空间想象能力，提升了学生的物理学科核心素养。
（二）情景等效法
在高中知识背景下，有些物理问题不能直接用所学的定理、定律或公式求解。若对物理情景进行补充等效，且补充等效的情景与原情景相符，便可相互替代，这种方法就是情景等效法。采用情景等效法不仅有助于问题的解决，更有助于学生在变通与迁移中提高解决问题的能力，优化学生的科学思维品质。
解：高中生受限于数学知识，在求解质量（电荷）均匀连续分布的有空腔系统的万有引力（库仑力）有关的问题时，可采用情景等效法，使问题简化。
故挖出空穴后的铅球与小球间的万有引力为
显然，在上题中采用情景等效法进行求解，可使问题简化。类似地，在电学中，利用情景等效法将有缺口的带电圆环或圆板补全为圆环或圆板，或将半球面补全为球面，均可使问题化难为易、事半功倍。
（三）模型等效法
在研究物体的某一物理属性时，为减少变量，在保证物理效果相同的条件下，常将陌生复杂难处理的物理情景转化为熟悉简单易处理的物理模型，这种方法就是模型等效法。采用模型等效法不仅可以提高学生解决综合问题的能力，更可以提高其构建物理模型的能力，能较好地培养其逻辑思维能力。
例3：如图3所示，E=8V，，R1=8Ω，R2为变阻器（0-20Ω），当变阻器R2的取值为多大时，R2获得的电功率最大？此时R2的功率是多大？
解：若已知电源的输出功率随外阻的大小变化关系模型如图4乙所示：
显然，在上题中，求解滑动变阻器消耗的功率时，因其变量较多，若直接用物理公式求解较困难。但使用模型等效法进行求解，可使问题变简单，进一步提高学生的逻辑思维能力。
三、结束语
笔者从高中物理常见的问题中简单地探讨了等效法的具体应用，但等效法的应用是十分广泛的，在诸如等效电路相关计算、交变电流的有效值、通电导线在磁场中受到的安培力等问题中都利用了等效法的思想，使复杂问题简单化。而且等效法也给我们的工作和生活，特别是科学研究带来了很大的方便，必须充分理解和掌握这一基本方法[2]。
参考文献
[1]楚安夫.力学中的等效概念与方法. 山东：聊城师院学报（自然科学版）.1997
[2]李鸿征，郑文杰. 等效概念在教學中的应用. 河南： 焦作大学学报. 2001