建立等效平衡思維 巧解高中物理習題

○孫瑞昌 臨洮中學

等效平衡思維在高中物理解題教學中的應用，使高中學生的物理解題計算過程大為簡化和提升，可以有效地提高高中學生的物理解題效率，提升高中學生的物理解題水平。

一、“物理模型”的等效應用

等效平衡主要是指在效果相同的基礎之上，將高中學生所要解答的、學習的高中物理試題解題過程和計算方案簡易化，即轉化為效果相同但計算過程相對簡單的等效過程，從而起到提高高中學生物理解題效率和思維能力的作用。對于高中物理解題教學中的“物理模型”部分，等效平衡解題思維的應用原理是將復雜的、難以理解的高中物理試題中的客體轉化為效果相同，且簡易化的物理模型代替，更加有利于解題。

例題1：如下面的圖1所示，該圖為一個完整電路，其中R1所代表的是定值電阻，而R2正好與之相反，代表的是可變電阻，E所表示的是電源的電動勢，而最后一個小寫字母r，其所表示的則是電源的內阻，現將這一電路進行閉合處理。問題：當電路中的可變電阻R2阻值變化到多少的時候，R2在電路中所消耗的功率達到最大值？

解析：該題主要考查的是高中學生對于電磁學知識點的掌握情況，因此，高中物理教師首先讓學生應用基本的相關物理知識點，然后應用等效平衡解題方法解答該問題。如當電源內部的電阻值恒定不變時，電源的輸出功率會隨著外電阻的變化而變化，所以會存在所謂的極值，也就是最大值；而相反，當電源內部的電阻值等于外電阻值的時候，電源的輸出功率就已經直接達到最大峰值。然而，根據圖1所顯示的電路組成來看，可變電阻R2不屬于外界電阻，因此，直接應用電磁學知識點是無法有效地解題的。而通過等效平衡的解題思維看待這一題，上述不合理的情況便可以迎刃而解，即以圖1為基礎，將圖1當中的主電源與定值電阻R1等效轉化為一個新的電源，這時的R2就可以直接看作是這個新的電源的外電阻，同樣的道理，該等效的新電源內阻則可以表示為R1+r，具體信息如圖2所示。

當R2的電阻值等于等效新電源的內阻R1+r值的時候，可變電阻R2所消耗的電功率值達到最大化。根據等效平衡的電路解題和繪圖所示，圖2物理模型的建立可以有效地將復雜、難懂的圖1解題進行等效簡化，更加方便高中生解題。

二、“物理過程”的等效應用

對于高中物理解題教學中的“物理過程”部分，等效平衡解題思維的應用原理是，應用一種或者幾種效果相同、并且方便解答計算的物理過程，等效代替原本物理題目中所故意給高中生提供的復雜的、計算量較大的物理計算過程，從而有效地實現將高中學生的物理解題過程加以簡易化的效果，提高解題效率。

例題2：圖3所示，現有兩個底部面積大小都相同，且底面積值為S的圓筒甲和圓筒乙，他們都處于同一個水平面之上，已知現在兩個桶里面都裝了大小不等的純凈水，中間有一根通道相連，其中甲圓筒內的水高度為h1，而乙圓筒內的水高度為h2，h1＞h2，現在將連接甲圓筒和乙圓筒之間的管道閥門打開，讓甲圓筒內的水流入到乙圓筒當中，最后兩者之間的水平衡，即h1=h2。問題：在甲圓筒內的水流入到乙圓筒的過程中，大氣氣壓對水做功了嗎？

解析：根據該題的敘述可知，最終兩個圓筒甲乙內部的水的體積和高度是一樣的，高中學生可以繪制相關解題圖例（如圖4所示），根據圖3和圖4的對比即可看出，在甲圓筒內的水流入到乙圓筒的過程中，這個運動過程的最終效果是等同于最初效果的，兩個圓筒內的水的體積并沒有發(fā)生變化，因此，學生便可以直接得出大氣壓強并沒有對水做功。

綜上所述，高中物理教師應當積極采取有效的教學措施幫助學生建立等效平衡思維，從而快速提升高中學生的物理解題能力和水平。