运用等效思维法巧解复杂的物理问题，本文主要内容关键词为：思维论文,物理论文,法巧解论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
等效法是科学研究中常用的思维方法之一，它是从事物的等同效果这一基本点出发，把复杂的物理现象、物理过程转化为较为简单的物理现象、物理过程来进行研究和处理，通过转换思维活动的作用对象来降低思维活动的难度，它是物理学研究的一种重要方法。用等效法研究问题时，要明确不同事物在什么条件、什么范围、什么方面等效。中学物理中的等效，主要有以下三类：物理量等效、物理过程等效、物理模型等效。
一、物理量等效
在高中物理中，小到等效质量、等效重力、等效劲度系数、合力与分力、合速度与分速度、总电阻与分电阻等；大到等效势能、等效场、矢量的合成与分解等，都涉及到物理量的等效，如果能将物理量等效观点应用到具体问题中去，可以使我们对物理问题的分析和解答变得更为简捷。
【点评】 对于等效电路问题，除等效电源外，还有等效电阻，等效连接方式。对于等效电阻，只要连接方式确定，根据串、并联电阻特点即可计算。在电路元件确定的情况下，有些元件的连接方式比较复杂，需要对电路进行等效转换，否则电路连接关系不清，无法进一步求解。等效电路图不仅用在直流电路中，在电磁感应、交变电流的有关问题中，画等效电路对问题的求解也是很有帮助的。
二、物理过程等效
对于有些复杂的物理过程，我们可以用一种或几种简单的物理过程来替代，这样能够简化、转换、分解复杂问题，能够更加明确研究对象的物理本质，以利于问题的顺利解决。高中物理中我们经常遇到此类问题，如运动学中的逆向思维，电荷在电场和磁场中的匀速圆周运动、交变电流的平均值和有效值等。
【例4】 （将电磁学问题等效为力学问题）如图所示，光滑弧形轨道和一足够长的光滑水平轨道相连，水平轨道上方有一足够长的光滑绝缘杆MN上挂一光滑且有一定阻值的铝环A，在弧形轨道的高为h的地方无初速释放小磁铁B（可视为质点），B下滑至水平轨道时恰好沿A的中心轴线运动，设A、B的质量分别为
，求A获得的最大速度和全过程中产生的焦耳热（忽略B沿弧形轨道下滑时环A中产生的感应电流）。
【解析】 本题是电磁学问题，但可以利用力学中的基本原理来分析，磁铁B穿过滑环A的过程，可等效为完全非弹性碰撞。
三、物理模型等效
物理模型等效在物理学习中应用十分广泛，特别是力学中的很多模型可以直接应用到电磁学中去，如卫星模型、人船模型、子弹射木块模型、碰撞模型，弹簧振子模型等。实际上，我们在学习新知识时，经常就是将新的问题与熟知的物理模型进行等效处理来理解，例如我们在电场中研究电势能时，将电场力与重力等效，电场力做功与重力做功等效。
【例6】 （将追及问题模型等效为弹簧振子模型）在光滑的水平轨道上有两个半径都是r的小球A和B，质量分别为m、2m，当两球心间的距离大于l（l比2r大得多）时，两球之间无相互作用力，当两球心间的距离小于l时，两球间存在恒定斥力F。设A球从远离B球处以速度
，沿两球心连线向静止的B球运动，如图所示。欲使两球不发生接触，则必须满足什么条件？
【解析】 常规解法：
若两球速度相等时不接触，则两球不发生接触。
【点评】 用等效法来求解，结论与常规解法相同，但计算量大为减少。
减小，选项D正确。
【点评】 本题中卫星从高轨道向低轨道运动，卫星总能量不变，而核外电子从半径
的轨道跃迁到
的轨道，总能量减小，卫星和核外电子的总能量不能等效。用等效法研究问题时，要明确不同事物在什么条件、什么方面等效，不能混淆。
【例8】 （运用汽车以恒定功率运动的模型求解电磁感应现象中的功率问题）如图所示，倾角为θ=30°，宽度L=1m的足够长的U形平行光滑金属导轨固定在磁感应强度B=1T，范围足够大的匀强磁场中，磁场方向垂直导轨平面斜向上，用平行导轨功率恒为6W的牵引力F牵引一根质量为m=0.2kg、电阻R=1Ω金属棒ab由静止沿导轨向上移动，当金属棒ab移动2.8m时获得稳定速度，在此过程中金属棒产生的热量为5.8J。（不计导轨电阻及一切摩擦，g取10
）。求：
(1)金属棒达到的稳定速度是多大？
(2)金属棒从静止达到稳定速度所需时间是多少？
【解析】 此题只要将汽车以恒定功率运动的模型用于电磁感应现象中，将思维转换过来，问题就不难求解。
(1)金属棒在功率恒定的牵引力作用下沿导轨向上运动，金属棒切割磁感线产生感应电动势，回路中有感应电流，ab棒受安培力方向沿导轨向下，由P=Fv可知，随着棒速度增加，牵引力F将减小，安培力增大，棒的加速度减小，稳定时有：
