等效思維是指在效果相同的前提下,將陌生、復雜、抽象的物理現(xiàn)象轉(zhuǎn)變成相對清晰、熟悉、簡單的物理模型,實現(xiàn)未知內(nèi)容向已知知識的轉(zhuǎn)變,幫助同學們更加輕松地解決物理問題。在求解高中物理問題時,等效思維是一種常用的思維方式。
1.利用等效思維轉(zhuǎn)化物理圖形
大部分同學在面對簡單的電路圖形時可以很輕松地分析出來,但是遇到相對復雜的電路時就很難轉(zhuǎn)變思維,順利完成解題了。此時同學們可以利用等效思維將復雜的電路圖轉(zhuǎn)化為串并聯(lián)關(guān)系清晰的電路圖,從而完成解答。
例1 如圖1所示,6個阻值均為R的電阻與電動勢為E的電池相連,試求通過電池的電流。
分析:電路圖中包含l
圖1個電源、6個電阻、6個結(jié)點,很多同學一看到題目就會產(chǎn)生畏難情緒。若采用等效思維,則可以先將其轉(zhuǎn)變成一個簡單的電路,再進行求解。從電池正極出發(fā),連接R1,從R1另一端出發(fā)連接R2、R3、R4、Rs、R6,同時這幾個電阻另一端連接到電池負極,簡化電路如圖2所示。因此總電阻R總=R+R/5=6/5 R,總電流I總=E/R總=5E/6R
2.利用等效思維轉(zhuǎn)化物理條件
在一些高中物理題目中,往往存在一些隱性條件,需要同學們利用等效思維,將復雜的圖形、復雜的條件轉(zhuǎn)變成簡單、容易理解的條件,從而降低解題難度
例2如圖3所示,理想變壓器的輸入端接電動勢是E、內(nèi)阻是r的交流電源,輸出端接電阻是R的負載,則原、副線圈的匝數(shù)比n1/ n2是多少時R獲得的功率
最大?并求出最大功率值。
3.利用等效思維轉(zhuǎn)化物理過程
在高中物理解題中,利用等效思維轉(zhuǎn)化物理過程時,必須保證研究對象經(jīng)過轉(zhuǎn)化后的過程,其狀態(tài)與經(jīng)過原過程達到的狀態(tài)相同。
例3 如圖4所示,兩個相同的玻璃管甲、乙中裝有高度分別為h1、h2的水,在兩個玻璃管之間連有一個直徑是d的細管,打開細管閥門K后,玻璃管甲中的水流向乙,最后兩個玻璃管的水達到平衡狀態(tài),試求在此過程中大氣壓是否對水做了功?水的內(nèi)能是增加還是減少?
分析:利用等效思維可以將此過程看成是甲玻璃管高出部分的水直接轉(zhuǎn)移到乙玻璃管中,其他部分的水沒有變化,那么在此過程中,水的體積并沒有發(fā)生變化,說明大氣壓沒有對水做功。而在移動過程中,水降低的高度是1/2(h1-h2),重力勢能減少,則重力對水做功,重力勢能轉(zhuǎn)變成水的內(nèi)能,因此水的內(nèi)能增加。
作者單位:安徽省臨泉田家炳實驗中學