等效替代思想的應用例析

趙艷光

等效替代法在物理問題的解決過程中具有重要作用．事實上,等效替代的思想幾乎滲透于高中物理的各部分,如力(或運動)的合成與分解、等效電源、等效電阻等都是等效替代思想的具體應用．筆者結合兩道例題,感受等效替代思想在解決具體問題中所展現的魅力．

1 引入等效電阻,分析遠距離輸電問題

遠距離輸電問題涉及的物理量多,且各物理量相互影響,相互制約,其中一個因素的變化,常會引起一系列的動態變化,可謂牽一發而動全身.面對此類問題,學生往往束手無策．等效電阻的引入,可簡化該類問題的思維流程,使復雜而冗長的推導過程變得簡潔明了．

圖1

A. 僅閉合S,L1變暗

B. 僅閉合S,輸電線路的發熱功率變小

C. 僅將滑片P上移,L1變亮

D. 僅將滑片P上移,輸電線路的發熱功率變小

圖2

2 構建等效重力場,求解豎直平面內圓周運動的極值

重力場本質上是恒定力場,對于由恒定場疊加后的復合場問題的研究,都可借鑒重力場的研究方法,這種從力的合成的角度而引入的等效替代,使多力問題變為單力問題,將陌生的場景轉化為熟悉的場景,從而使復雜的問題在構建等效場的過程中得以順利解決．

(1)小球做圓周運動過程中的最小速度．

(2)施加的最小沖量.

圖3 圖4

總之,等效替代思想作為研究物理問題的一種重要方法,在高中物理中有著非常廣泛的應用,其實質是效果相同,其特征是等效變換,體現的是對問題深層次的理解,是綜合素質與能力的集中反映,也是該類問題在高考中頻繁出現的原因所在．