初中物理解題中等效思維的應(yīng)用探討

張麗麗

(廈門實(shí)驗(yàn)中學(xué),福建 廈門 361000)

對(duì)于初中階段學(xué)生而言,可能會(huì)因物理問題中所給條件多樣化或內(nèi)容復(fù)雜化等因素,降低解題效率和質(zhì)量.合理運(yùn)用等效思維便可以幫助學(xué)生正確快速分析題目,提高解題效率和質(zhì)量.

1 等效變換法在初中物理解題中的應(yīng)用

根據(jù)具體題目?jī)?nèi)容與題型,基于等效思維中等效變換法對(duì)題目、電路圖或計(jì)算方式等相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行簡(jiǎn)化,從而幫助學(xué)生快速完成初中物理解題[1].

例1 如圖1所示電路示意圖,電源內(nèi)阻在實(shí)際計(jì)算中可忽略不計(jì),電動(dòng)勢(shì)為12 V,除R1外所有電阻阻值均為r、R1阻值為9 Ω.圖1電路在通電后,消耗的功率為20 W.若將圖1中原有的R1替換為阻值僅有3 Ω的R2,請(qǐng)問圖1電路在通電后所消耗的總功率會(huì)上升還是下降,具體數(shù)值為多少?

圖1 某電路示意圖

圖2 簡(jiǎn)化后的電路圖

2 等效假設(shè)法在初中物理解題中的應(yīng)用

初中物理問題可能會(huì)因物理題目所給參數(shù)或條件過于隱蔽,導(dǎo)致學(xué)生需要通過大量計(jì)算或消耗大量時(shí)間對(duì)此類隱蔽條件進(jìn)行分析與挖掘,致使學(xué)生在實(shí)際解題過程中無法確保高效、精準(zhǔn)的解題效果.在此,應(yīng)當(dāng)結(jié)合實(shí)際情況,引導(dǎo)學(xué)生靈活使用等效思維中的等效假設(shè)法解析此類所給條件或參數(shù)較為隱蔽的題目,進(jìn)而降低學(xué)生對(duì)此類題目審題與分析的難度.

例2 如圖3所示電路示意圖,圖中電路的內(nèi)阻阻值為R內(nèi),電源電動(dòng)勢(shì)為ε,圖3中的R1為定值電阻、R2為變阻器.此時(shí)若存在將R2變阻器所消耗的電功率升至最高的需求,則圖3中變阻器R2的電阻阻值為多少?在該電阻阻值條件下,變阻器R2所消耗的最大電功率值為多少?

圖3 電路示意圖

3 等效替代法在初中物理解題中的應(yīng)用

等效思維中的等效替代法能夠有效降低初中物理問題在實(shí)際解析與作答過程中的難度,幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、高效率的解答效果[3].對(duì)于等效替代法而言,其主要原理是將題目中未知條件或參數(shù)替換為已知條件或參數(shù),將解析難度較高的條件替換為解析難度較低的條件等,從而達(dá)到簡(jiǎn)化初中物理問題的目的.

例3 如圖4所示為某等臂杠桿示意圖,圖中的等臂杠桿為AB,現(xiàn)選擇兩種質(zhì)地、大小相同的圓板將等臂杠桿A、B兩端固定住.已知在等臂杠桿AB中,A端圓板的半徑為RA,OA的距離為2RA,同時(shí)在A端圓板上存在一個(gè)半徑為R的圓,且RA=2R.在此條件下,若想確保該等臂杠桿AB處于平衡狀態(tài),則等臂杠桿AB中B端圓板的半徑應(yīng)當(dāng)控制在多少?

圖4 等臂杠桿示意圖

通常情況下初中學(xué)生在解析此類題目時(shí),往往會(huì)先對(duì)等臂杠桿A端圓板重心進(jìn)行分析與計(jì)算,從而獲得B端圓板的半徑大小.然而,在實(shí)際解題過程中,此種較為傳統(tǒng)的解題方式雖然能夠保證學(xué)生的解題思路與方式正確,但由于其所需要的分析步驟、計(jì)算步驟等相關(guān)內(nèi)容較為繁雜,學(xué)生應(yīng)當(dāng)結(jié)合實(shí)際情況深化等效思維的應(yīng)用,在合理范圍內(nèi)將初中物理題目進(jìn)行有效簡(jiǎn)化,從而為學(xué)生的順利解題提供重要幫助.

圖5 AB等臂杠桿中F1的作用圖

4 等效類比法在初中物理解題中的應(yīng)用

所謂等效類比,其主要原理是對(duì)同一模型中不同物體之間在某些方面的一致性展開分析,最終獲得兩種物體在其他方面之間的一致性,從而達(dá)到等效類比效果.在初中物理解題過程中,學(xué)生可以結(jié)合實(shí)際情況,通過靈活運(yùn)用等效思維中等效類比方法完成相關(guān)題目的解答.此方法能夠?yàn)閷W(xué)生在解題期間提供開闊思路,使學(xué)生能夠站在不懂角度對(duì)相關(guān)問題或物體進(jìn)行分析,以此提高學(xué)生的解題效率與質(zhì)量.

例4 如圖6為小球運(yùn)動(dòng)示意圖,存在一個(gè)輕質(zhì)彈簧,其左端連接著質(zhì)量為MA的小球A、右端連接在某固定墻面的P點(diǎn)上,已知彈簧的勁度系數(shù)為K,小球A、輕質(zhì)彈簧以及固定墻體點(diǎn)P所形成的系統(tǒng)處于靜止平衡狀態(tài).現(xiàn)在有一個(gè)質(zhì)量為MB的小球B,其以V0的速度與小球A發(fā)生碰撞,當(dāng)兩小球產(chǎn)生碰撞后會(huì)同時(shí)向固定墻面中的P點(diǎn)移動(dòng),其中小球A與小球B的接觸面光滑,待兩小球運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后又往回運(yùn)動(dòng).此時(shí),當(dāng)小球A運(yùn)動(dòng)至某點(diǎn)后,小球B脫離小球A并開始獨(dú)立運(yùn)動(dòng).請(qǐng)問當(dāng)小球B碰撞至小球A后,兩小球自接觸至分開期間所用的時(shí)間是多少?

圖6 小球運(yùn)動(dòng)示意圖

5 結(jié)束語

基于等效思維的各類等效方法,能夠有效幫助初中階段的學(xué)生針對(duì)性解析多樣化的初中物理習(xí)題.科學(xué)合理地應(yīng)用等效思維,不僅能夠提升學(xué)生在實(shí)際解析初中物理題目期間的答案精準(zhǔn)度與整體解題效率,而且可以拓寬學(xué)生的解題思路與見解,促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新思維的發(fā)展,有效增強(qiáng)學(xué)生的解題能力.