建立等效平衡思維 巧解高中物理習(xí)題

○孫瑞昌 臨洮中學(xué)

等效平衡思維在高中物理解題教學(xué)中的應(yīng)用，使高中學(xué)生的物理解題計(jì)算過程大為簡(jiǎn)化和提升，可以有效地提高高中學(xué)生的物理解題效率，提升高中學(xué)生的物理解題水平。

一、“物理模型”的等效應(yīng)用

等效平衡主要是指在效果相同的基礎(chǔ)之上，將高中學(xué)生所要解答的、學(xué)習(xí)的高中物理試題解題過程和計(jì)算方案簡(jiǎn)易化，即轉(zhuǎn)化為效果相同但計(jì)算過程相對(duì)簡(jiǎn)單的等效過程，從而起到提高高中學(xué)生物理解題效率和思維能力的作用。對(duì)于高中物理解題教學(xué)中的“物理模型”部分，等效平衡解題思維的應(yīng)用原理是將復(fù)雜的、難以理解的高中物理試題中的客體轉(zhuǎn)化為效果相同，且簡(jiǎn)易化的物理模型代替，更加有利于解題。

例題1：如下面的圖1所示，該圖為一個(gè)完整電路，其中R1所代表的是定值電阻，而R2正好與之相反，代表的是可變電阻，E所表示的是電源的電動(dòng)勢(shì)，而最后一個(gè)小寫字母r，其所表示的則是電源的內(nèi)阻，現(xiàn)將這一電路進(jìn)行閉合處理。問題：當(dāng)電路中的可變電阻R2阻值變化到多少的時(shí)候，R2在電路中所消耗的功率達(dá)到最大值？

解析：該題主要考查的是高中學(xué)生對(duì)于電磁學(xué)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況，因此，高中物理教師首先讓學(xué)生應(yīng)用基本的相關(guān)物理知識(shí)點(diǎn)，然后應(yīng)用等效平衡解題方法解答該問題。如當(dāng)電源內(nèi)部的電阻值恒定不變時(shí)，電源的輸出功率會(huì)隨著外電阻的變化而變化，所以會(huì)存在所謂的極值，也就是最大值；而相反，當(dāng)電源內(nèi)部的電阻值等于外電阻值的時(shí)候，電源的輸出功率就已經(jīng)直接達(dá)到最大峰值。然而，根據(jù)圖1所顯示的電路組成來看，可變電阻R2不屬于外界電阻，因此，直接應(yīng)用電磁學(xué)知識(shí)點(diǎn)是無法有效地解題的。而通過等效平衡的解題思維看待這一題，上述不合理的情況便可以迎刃而解，即以圖1為基礎(chǔ)，將圖1當(dāng)中的主電源與定值電阻R1等效轉(zhuǎn)化為一個(gè)新的電源，這時(shí)的R2就可以直接看作是這個(gè)新的電源的外電阻，同樣的道理，該等效的新電源內(nèi)阻則可以表示為R1+r，具體信息如圖2所示。

當(dāng)R2的電阻值等于等效新電源的內(nèi)阻R1+r值的時(shí)候，可變電阻R2所消耗的電功率值達(dá)到最大化。根據(jù)等效平衡的電路解題和繪圖所示，圖2物理模型的建立可以有效地將復(fù)雜、難懂的圖1解題進(jìn)行等效簡(jiǎn)化，更加方便高中生解題。

二、“物理過程”的等效應(yīng)用

對(duì)于高中物理解題教學(xué)中的“物理過程”部分，等效平衡解題思維的應(yīng)用原理是，應(yīng)用一種或者幾種效果相同、并且方便解答計(jì)算的物理過程，等效代替原本物理題目中所故意給高中生提供的復(fù)雜的、計(jì)算量較大的物理計(jì)算過程，從而有效地實(shí)現(xiàn)將高中學(xué)生的物理解題過程加以簡(jiǎn)易化的效果，提高解題效率。

例題2：圖3所示，現(xiàn)有兩個(gè)底部面積大小都相同，且底面積值為S的圓筒甲和圓筒乙，他們都處于同一個(gè)水平面之上，已知現(xiàn)在兩個(gè)桶里面都裝了大小不等的純凈水，中間有一根通道相連，其中甲圓筒內(nèi)的水高度為h1，而乙圓筒內(nèi)的水高度為h2，h1＞h2，現(xiàn)在將連接甲圓筒和乙圓筒之間的管道閥門打開，讓甲圓筒內(nèi)的水流入到乙圓筒當(dāng)中，最后兩者之間的水平衡，即h1=h2。問題：在甲圓筒內(nèi)的水流入到乙圓筒的過程中，大氣氣壓對(duì)水做功了嗎？

解析：根據(jù)該題的敘述可知，最終兩個(gè)圓筒甲乙內(nèi)部的水的體積和高度是一樣的，高中學(xué)生可以繪制相關(guān)解題圖例（如圖4所示），根據(jù)圖3和圖4的對(duì)比即可看出，在甲圓筒內(nèi)的水流入到乙圓筒的過程中，這個(gè)運(yùn)動(dòng)過程的最終效果是等同于最初效果的，兩個(gè)圓筒內(nèi)的水的體積并沒有發(fā)生變化，因此，學(xué)生便可以直接得出大氣壓強(qiáng)并沒有對(duì)水做功。

綜上所述，高中物理教師應(yīng)當(dāng)積極采取有效的教學(xué)措施幫助學(xué)生建立等效平衡思維，從而快速提升高中學(xué)生的物理解題能力和水平。