等效思維在初中物理解題中的應用研究

葉敬凱●

江蘇省宿遷市宿豫區(qū)陸集中心學校(223804)

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等效思維在初中物理解題中的應用研究

葉敬凱●

江蘇省宿遷市宿豫區(qū)陸集中心學校(223804)

為了保證教學質(zhì)量，教師應該注重恰當初中物理教學方法的使用.就解題過程教學而言，等效思維法的融入能夠快速實現(xiàn)解題目的.本文從等效思維法的概念入手，對等效思維在初中物理解題中的應用進行研究.

等效思維；初中物理；解題；應用

一、等效替代法在初中物理解題中的應用如果學生遇到的物理問題較為復雜，可以利用等效替代法對復雜問題進行有效簡化.這里以下列例題為例，對等效替代法的應用進行研究.

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)，應該將B端圓板的半徑控制為多少？

當學生遇到這種問題時，通常會利用計算等臂杠桿A端圓板重心的方式獲得B端圓板的實際半徑.這種計算方法涉及的計算步驟較多，因此可以利用等效替代法對該問題進行合理簡化.題目中指出，A端圓板中有一個半徑為0.5r的圓，可以利用等效思維將這個圓看成：一個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，學生可以根據(jù)力矩平衡條件快速將B端圓板的半徑計算出來.

二、等效假設法在初中物理解題中的應用

可以通過等效假設法的應用將物理題目中的隱蔽問題表示出來，進而實現(xiàn)解題難度的降低.這里以某例題為例，對該方法的應用進行研究.

如圖3所示，該電路中的內(nèi)電阻和電源電動勢分別為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？

應用等效假設方法，可以將圖3中虛線圈出來的部分看成一個電源.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，可以將計算出該電路的等效電阻r1為：r1=R1r/(r+R1)其等效電動勢為唯一外電阻R2斷開情況下虛線的兩端電壓，該等效電動勢ε=R1/(r+R1).根據(jù)題目中的要求，當R2與r1的電阻值相等時，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用

學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行計算.這里以某例題為例，對等效變換法的應用進行研究.

如圖4所示，該電路圖中的內(nèi)電阻較小，可以忽略不計.其電源電動勢為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變?yōu)槎嗌伲?/p>

學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，可以計算出該電路所消耗的總功率，總功率p的計算公式如下：p=[ε2(R0+R1)]/R0R1.將題目中的已知條件代入該公式，可以計算出R0的值為36Ω.當R1變?yōu)?Ω時，電路消耗的總功率將變?yōu)?2W.與原本的計算方法相比，等效變換法的應用實現(xiàn)了復雜問題的簡化，這種方法的應用有利于學生實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，學生可以根據(jù)實際的物理問題，應用等效假設、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雜的物理問題轉(zhuǎn)化為簡單模式，進而提升學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用[J]. 中學物理,2016,10:94-95.

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

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