高中物理等效法.docx

在高中物理教学中，大多数教师都有这样的感触，学生对一些物理现象、规律的表述常常让人觉得词不达意。很简单的物理知识、物理情景经学生一表达，就变得让人糊涂。利用等效法，可解除此矛盾。等效法是把复杂的物理现象、物理过程转化为简单的物理规律、物理过程来研究和处理的一种重要的科学的思维方法。这种物理学研究的重要方法，也是解决物理问题的常用方法之一。在中学物理中，合力与分力、合运动与分运动、平均速度、重心、热功当量、总电阻与分电阻、交流电的平均值、有效值等。都是根据等效概念引入的。

在教学和学习过程中，若能经此法渗透到对过程的分析中去，不仅可以使我们对物理问题的分析和解答变得简捷，而且对灵活运用知识、促使知识、技能和能力的迁移，都会有很大的帮助。

等效方法，它是通过对问题中的某些因素进行变换或直接利用相似性，移用某一规律进行分析而得到相等效果，利用等效法不仅可以使问题变得简单易解，而且活跃了学生的思维。

本文从五个方面谈谈“等效法”在力学中的应用：⑴力的等效；⑵运动的等效；⑶过程的等效；⑷模型的等效；⑸实验原理的等效。当然等效的思想是物理学中的重要的思想之一，有关等效的观点在物理学其他领域的应用将在以后的文章中逐渐一一阐明。

一、力的等效

合力与分力具有等效性。关于这一点在力的合成和分解中得到充分的体现。除此之外，在另一类题目中，如果也能够充分应用等效的观点，将物体所受的多个恒力等效为一个力，就可以将较复杂的模型转化为较简单的物理模型，然后再去应用我们熟知的规律去列方程，这样将大大降低解题的难度，更有利于对问题的正确解答。

例题1：如图所示，质点的质量为2kg，受到六个大小、方向各不相同的共点力的作用处于平衡状态，今撤去其中的3N和4N的两个互相垂直的力，求质点的加速度？

解析：本题中各力的方向都没有明确标定，撤去两个力后合力是什么方向一时难于确定。但从力的作用效果分析，其他（7N、6N、2N、6.2N）四个力的合力

F一定与这两个力（3N、4N）的合力F

甲

平衡，如图所示，也就是说F

乙

与其他

甲

（7N、6N、2N、6.2N）四个力的作用效果相同，而F作用效果相同。

与这两个力（3N、4N）的

乙

因此，撤掉3N和4N的两个力，质点受到的合力可以认为只有F，故

乙

方向沿3N和4N两个力的对角线的反方向。二、运动的等效

由于合运动和分运动具有等效性，所以平抛运动可看作是水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动的合运动。“小船过河”中小船的运动可以看作是沿水流的方向的匀速直线运动和垂直于河岸方向的匀速直线运动的合运动。

在计算大小不变方向变化的阻力做功时，如空气阻力做功的时候，可以应用公式W＝fs，只是式中的s是路程而不是位移，不管物体的运动方向如何变，均可等效为恒力f作用下的单向直线运动，只有建立起等效的思维观念，才能使学到的知识潜移默化，才能把学会的东西用活。

例题2：如图所示，斜面高1m，倾角θ=300，在斜面的顶点A以速度V

A

水平抛出一小球，小球刚好落于斜面底部B点。不计空气阻力，g取10m/s2.求

小球抛出的速度V

A

和小球在空中运动的时间t。

解析：根据平抛运动的规律，可将平抛运动等效为水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动。

水平方向：x=Vt；竖直方向：y=gt2/2；并且根据几何关系：y=xtanθ，代

A

入已知条件y

入已知条件y=1m，解上述三个方程得，V＝

m/s；t＝

s

例题3：船以4m/s的速度垂直于河岸渡河，水流的速度为5m/s，若河的宽为100m，试分析和计算：

船能否垂直达到对岸；

船需要多少时间才能达到对岸；

船登陆的地点离船出发点的距离是多少。

解析：根据合运动与分运动的等效关系，船的实际运动可看作是两个方向的分运动的合运动。如图所示，垂直于河岸方向的分速度v=4m/s；沿河岸方向的

1

分速度v2

分速度v2＝5m/s；实际速度v=

m/s。

所以(1)船不能垂直到达对岸；(2)船需要t=100/5=20s才能到达对岸；(3)

船登陆的地点离船出发点的距离是s=vt=20 m。

t

三、过程的等效

在中学物理中有些题目所涉及的过程非常复杂，以致我们无法或不必要严格地搞清楚整个过程中的各个细节，特别是在动量和能量解的某些题目中，整个运动过程中的“动态”是很复杂的，往往只要把握住起始和终了时刻的状态，定性地分析过程，运用等效的观点，将整个过程等效为一个相对简单的过程，从而方便求解。这也正是等效法的精要之一。

例题4：如图所示，两个底面积都是S的圆桶放在同一说平面上，桶内装水，

水面高度分别h

1

和h，已知水的密度为ρ