由2010年江蘇省高考物理一道試題看模型變換的內(nèi)涵

宋正懷

(江蘇省靖江高級中學,江蘇靖江 214500)

由2010年江蘇省高考物理一道試題看模型變換的內(nèi)涵

宋正懷

(江蘇省靖江高級中學,江蘇靖江 214500)

在遇到實際物理情景時,迅速而準確地提取相關(guān)的模型信息,可以順利找到解題思路,達到事半功倍的目的.但是在模型的建立和運用過程中,如果忽略了對模型內(nèi)涵的深刻理解,往往會帶來較大的負面影響,產(chǎn)生思維僵化,生搬硬套模型等思維障礙,導致錯誤.

2010年江蘇省物理一道多項選擇題,題目如下:

圖1

在如圖1所示的遠距離輸電電路圖中,升壓變壓器和降壓變壓器均為理想變壓器,發(fā)電廠的輸出電壓和輸電線的電阻均不變,隨著發(fā)電廠輸出功率的增大,下列說法中正確的有

(A)升壓變壓器的輸出電壓增大.

(B)降壓變壓器的輸出電壓增大.

(C)輸電線上損耗的功率增大.

(D)輸電線上損耗的功率占總功率的比例增大.

本題考查學生對遠距離輸電知識的掌握程度,前面3個選項,對基礎(chǔ)稍好的學生來說并不難,而(D)選項,題目有一定靈活度.

常規(guī)解法:設(shè)升壓變壓器副線圈兩端的電壓為U,線圈中的電流為I,則總功率為P總=UI.

設(shè)輸電線電阻為R線,輸電線中的電流為I,輸電線消耗的功率(損失功率)為P損=I2R線.

損耗功率與總功率比為

因為升壓變壓器原線圈電壓、變壓比和R線保持不變,所以當總功率增加時,輸電線上的電流隨之增加,不難得到η增大.

但是如果我們建立輸電線和后級電路串聯(lián)模型(如圖2所示),采用等效變換的方法,降壓變壓器和用戶看作電阻R等,有學生認為由于R等和R均為定值,所以η不變.

圖2

從表面上看,似乎有道理,把輸電線后級電路等效為電阻,然后看作簡單的串聯(lián)模型,并沒有錯誤.但問題在于,輸送的總功率增加的實質(zhì)是什么?

首先要搞清楚的是到底是什么引起了總功率增加,是電廠的緣故嗎?答案是否定的.簡單回憶一下,小燈泡接在恒定電源兩端,用什么方法可以使電源輸出的功率發(fā)生改變呢?明顯不是電源!我們可以在電路中和小燈泡串聯(lián)或并聯(lián)一個電阻來達到目的.

因此,我們在用物理模型解決問題時,對物理模型內(nèi)涵挖掘要充分,不能簡單地把物理公式當作算術(shù)公式,只有這樣才能對物理模型的運用準確無誤.

2010-06-11)