葉敬凱●

江蘇省宿遷市宿豫區(qū)陸集中心學(xué)校(223804)

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等效思維在初中物理解題中的應(yīng)用研究

葉敬凱●

江蘇省宿遷市宿豫區(qū)陸集中心學(xué)校(223804)

為了保證教學(xué)質(zhì)量，教師應(yīng)該注重恰當(dāng)初中物理教學(xué)方法的使用.就解題過程教學(xué)而言，等效思維法的融入能夠快速實(shí)現(xiàn)解題目的.本文從等效思維法的概念入手，對(duì)等效思維在初中物理解題中的應(yīng)用進(jìn)行研究.

等效思維；初中物理；解題；應(yīng)用

一、等效替代法在初中物理解題中的應(yīng)用如果學(xué)生遇到的物理問題較為復(fù)雜，可以利用等效替代法對(duì)復(fù)雜問題進(jìn)行有效簡化.這里以下列例題為例，對(duì)等效替代法的應(yīng)用進(jìn)行研究.

如圖1所示，現(xiàn)有等臂杠桿AB，該杠桿的兩端分別被同一種圓板固定住.目前已知杠桿A端圓板半徑為r，OA之間的距離為2r.且該圓板上含有一個(gè)r1半徑的圓，r是r1的2倍.為了保證該等臂杠桿的平衡狀態(tài)，應(yīng)該將B端圓板的半徑控制為多少？

當(dāng)學(xué)生遇到這種問題時(shí)，通常會(huì)利用計(jì)算等臂杠桿A端圓板重心的方式獲得B端圓板的實(shí)際半徑.這種計(jì)算方法涉及的計(jì)算步驟較多，因此可以利用等效替代法對(duì)該問題進(jìn)行合理簡化.題目中指出，A端圓板中有一個(gè)半徑為0.5r的圓，可以利用等效思維將這個(gè)圓看成：一個(gè)大小與該圓重力相等的力F1以垂直向上的方向作用于該圓的孔心中，如圖2所示.在這種情況下，學(xué)生可以根據(jù)力矩平衡條件快速將B端圓板的半徑計(jì)算出來.

二、等效假設(shè)法在初中物理解題中的應(yīng)用

可以通過等效假設(shè)法的應(yīng)用將物理題目中的隱蔽問題表示出來，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)解題難度的降低.這里以某例題為例，對(duì)該方法的應(yīng)用進(jìn)行研究.

如圖3所示，該電路中的內(nèi)電阻和電源電動(dòng)勢分別為r和ε.其中，R2為變阻器，R1則是定值電阻.如果需要保證變阻器R2所消耗的電功率為最大值，其電阻以及電功率最大值分別為多少？

應(yīng)用等效假設(shè)方法，可以將圖3中虛線圈出來的部分看成一個(gè)電源.在這種情況下，R1不再是該電路中的定值電阻，而是新電源的內(nèi)阻.因此，可以將計(jì)算出該電路的等效電阻r1為：r1=R1r/(r+R1)其等效電動(dòng)勢為唯一外電阻R2斷開情況下虛線的兩端電壓，該等效電動(dòng)勢ε=R1/(r+R1).根據(jù)題目中的要求，當(dāng)R2與r1的電阻值相等時(shí)，其消耗的電功率處于最大值狀態(tài).

三、等效變換法在初中物理解題中的應(yīng)用

學(xué)生在解答初中物理題目的過程中，問題中給出的電路通常較為復(fù)雜，在這種情況下，可以利用等效變換法，將其簡化成較為簡單的方式進(jìn)行計(jì)算.這里以某例題為例，對(duì)等效變換法的應(yīng)用進(jìn)行研究.

如圖4所示，該電路圖中的內(nèi)電阻較小，可以忽略不計(jì).其電源電動(dòng)勢為12V，除R1之外的電阻阻值全部為r.已知該電路消耗的功率為20W，R1為9Ω.如果利用電阻為3Ω的R2替換原本的R1，則該電路消耗的總功率會(huì)變?yōu)槎嗌伲?/p>

學(xué)生在解答該問題過程中面臨的主要困難是：其很容易被電路中的多個(gè)電阻所困擾.因此，可以利用等效變換法，將該電路中除R1之外的所有電阻看成一個(gè)大電阻，該電阻與R1之間的關(guān)系為并聯(lián)關(guān)系，利用該方法可以將圖4中的電路圖簡化為圖5中的電路圖.在這種情況下，可以計(jì)算出該電路所消耗的總功率，總功率p的計(jì)算公式如下：p=[ε2(R0+R1)]/R0R1.將題目中的已知條件代入該公式，可以計(jì)算出R0的值為36Ω.當(dāng)R1變?yōu)?Ω時(shí)，電路消耗的總功率將變?yōu)?2W.與原本的計(jì)算方法相比，等效變換法的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜問題的簡化，這種方法的應(yīng)用有利于學(xué)生實(shí)際物理問題解決能力的提升.

為了更好地解決這些物理問題，學(xué)生可以根據(jù)實(shí)際的物理問題，應(yīng)用等效假設(shè)、等效變換等相關(guān)等效思維.這種方法的使用可以將原本較為復(fù)雜的物理問題轉(zhuǎn)化為簡單模式，進(jìn)而提升學(xué)生的問題解答速度和解答質(zhì)量.

[1]姬鳴亞. 等效思維在初中物理解題中的合理運(yùn)用[J]. 中學(xué)物理,2016,10:94-95.

[2]葉新. 等效思維在初中物理解題中的運(yùn)用[J]. 理科考試研究,2016,12:58.

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