等效法在物理学中的应用甘肃灵台一中曹天成744400关键词：等效法物理应用众所周知，三国时的“曹冲称象”就是使用了一种等效的方法，巧妙地称出了大象的体重。所谓等效法就是在保证某一方面效果相同的前提下，用理想的，熟悉的，简单的物理对象、物理过程、物理模型替代实际的、陌生的、复杂的物理对象、物理过程、物理模型的思想方法。纵观中学物理教材，等效的思想方法几乎渗透于整个物理教材的各个部分之中。比如:力的合成就是把几个力等效为一个力，在研究变速直线运动时，引入了平均速度，将变速直线运动等效变换为匀速直线运动处理；在研究抛体运动时，将抛物线运动等效变换为两个直线运动的合成；计算变力所做的功，可以等效变换为计算物体能量的变化量；计算变力的冲量，可以等效变化为计算动量的变化量；在研究气体的性质时，利用等效假设可以把变质量问题转换为恒定质量问题处理；在电路问题计算中，把几个电阻构成的部分电路等效变换为一个电阻;在计算曲线导体切割磁力线产生的感生电动势时，可将曲线导体等效变换为直线导体;在求交流电热量时可将交流电等效为直流电处理；在研究透镜成像时，用三条特殊光线等效替代发光体发出的全部光线研究成像规律等。等效法在物理解题中也有广泛的应用，主要有：物理条件的等效替代，物理过程的等效替代，物理模型的等效替代等。在应用等效法解题时，应知道两个事物的等效不是全方位的，只是局部的、特定的、某一方面的等效。因此在具体的问题中必须明确那一方面等效，这样才能把握住等效的条件和范围。下面通过几个试题的分析说明等效法在物理解题中的应用。一、等效物理条件物理规律通常具有一定的适用条件，如果从不同的侧面认识同一物理规律，其适用条件往往具有多种表达形式；当其中任何一种得到满足时，其它几种表达形式必然同时满足，这几种条件互为等效条件工作的等效条件。。例如；机械能守恒定律的适用条件有以下三种表达形式：1.只有重力和弹力做功；2.除重力和弹力之外，其它力做功的代数和为零；3.所研究的物体系与外界没有能量交换，只有动能和势能的相互转化。这三种表达形式是机械能守恒定律的等效条件。又如：用电器的实际电压等于它的额定电压时，它的实际电流和功率必然等于额的定电流和额定功率，只要电压条件、电流条件、功率条件中的任何一种得到满足时，其余两种条件必然同时满足，因此它们是用电器正常【例一】在图1所示的电路中，理想变压器的变压比为2：1，四个灯泡完全相同，若已知灯泡L3和L4恰好能正常工作，那么灯泡L1和L2能否正常工作？解析、如果应用电压条件分析该题，根据原副线圈的电压跟匝数成正比，可知原线圈电压是副线圈电压的二倍，由于灯泡L1L2与原线圈是串联的，所以，只有电源电压是副线圈电压的4倍时，L1和L2才能正常发光；然而电源电压是未知的，因此往往觉的条件不足，无法判断。如果用电流条件进行分析，则能迅速得出答案。由于副线圈两端并联着两个相同的灯泡L3、L4,每个灯泡正常工作时的实际电流都等于额定电流，因此副线圈中的电流强度等于一个灯泡额定电流的两倍；根据原副线圈的电流与匝数成反比，可知原线圈中的电流强度等于副线圈的电流强度的二分之一，即恰好等于灯泡L1、L2的额定电流，从而可以得出正确答案；L1、L2都能正常工作。二、等效物理过程有些物理问题所涉及的过程非常复杂，以致于无法严格的搞清楚整个过程中的各个环节，但是只要定性地分析过程，运用等效的观点，将整个过程等效为一个或多个相对简单的过程，从而方便求解。这也正是等效法的精要之一。比如：“平均速度”概念的引入，就是把变速运动过程等效为匀速运动过程来处理。斜抛运动可以等效为水平方向的匀速直线运动和竖直上抛（下）运动的合运动；也可以把斜抛运动等效分解为斜抛方向的匀速直线运动和自由落体运动的合运动。把曲线运动分解为直线运动的方法是多种多样的，这要视具体问题灵活运用等效法。【例二】一平行板电容器的电容为C，两板间的距离为d,上板带负电，下板带正电，电量均为Q,它们产生的电场在很远处的电势为零，两个带异种电荷的小球用一绝缘刚性杆相连，小球带电量均为q,杆长L，且L<d,现将它们从很远处移到电容器的两板之间，处于图2中所示的静止状态（杆与板面垂直），在此过程中电场力对两个小球做的总功是多少？（设两小球移动过程中极板上电荷分布情况不变）解析；我们知道，电场力做功与路径无关，因此可以将题设过程等效为下述过程；先将两小球移到同一点A，然后再将其中一个带正电的小球由A移到B。在将两个小球移到A的过程中，电场力对两小球做的总功为零，在将带正电的小球由A移到B的过程中，电场力做的功为W=qEL=qUL/d=QqL/Cd所以，在题设过程中，电场力对两个小球做的总功等于QqL/Cd。三、等效物理模型物理试题的难度不仅与条件的隐蔽性和过程的复杂程