初中物理解題中等效思維的應用探討

張麗麗

(廈門實驗中學,福建 廈門 361000)

對于初中階段學生而言,可能會因物理問題中所給條件多樣化或內容復雜化等因素,降低解題效率和質量.合理運用等效思維便可以幫助學生正確快速分析題目,提高解題效率和質量.

1 等效變換法在初中物理解題中的應用

根據具體題目內容與題型,基于等效思維中等效變換法對題目、電路圖或計算方式等相關內容進行簡化,從而幫助學生快速完成初中物理解題[1].

例1 如圖1所示電路示意圖,電源內阻在實際計算中可忽略不計,電動勢為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,請問圖1電路在通電后所消耗的總功率會上升還是下降,具體數值為多少?

圖1 某電路示意圖

圖2 簡化后的電路圖

2 等效假設法在初中物理解題中的應用

初中物理問題可能會因物理題目所給參數或條件過于隱蔽,導致學生需要通過大量計算或消耗大量時間對此類隱蔽條件進行分析與挖掘,致使學生在實際解題過程中無法確保高效、精準的解題效果.在此,應當結合實際情況,引導學生靈活使用等效思維中的等效假設法解析此類所給條件或參數較為隱蔽的題目,進而降低學生對此類題目審題與分析的難度.

例2 如圖3所示電路示意圖,圖中電路的內阻阻值為R內,電源電動勢為ε,圖3中的R1為定值電阻、R2為變阻器.此時若存在將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際解析與作答過程中的難度,幫助學生實現高質量、高效率的解答效果[3].對于等效替代法而言,其主要原理是將題目中未知條件或參數替換為已知條件或參數,將解析難度較高的條件替換為解析難度較低的條件等,從而達到簡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,現選擇兩種質地、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,同時在A端圓板上存在一個半徑為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,則等臂杠桿AB中B端圓板的半徑應當控制在多少?

圖4 等臂杠桿示意圖

通常情況下初中學生在解析此類題目時,往往會先對等臂杠桿A端圓板重心進行分析與計算,從而獲得B端圓板的半徑大小.然而,在實際解題過程中,此種較為傳統的解題方式雖然能夠保證學生的解題思路與方式正確,但由于其所需要的分析步驟、計算步驟等相關內容較為繁雜,學生應當結合實際情況深化等效思維的應用,在合理范圍內將初中物理題目進行有效簡化,從而為學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用

所謂等效類比,其主要原理是對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,從而達到等效類比效果.在初中物理解題過程中,學生可以結合實際情況,通過靈活運用等效思維中等效類比方法完成相關題目的解答.此方法能夠為學生在解題期間提供開闊思路,使學生能夠站在不懂角度對相關問題或物體進行分析,以此提高學生的解題效率與質量.

例4 如圖6為小球運動示意圖,存在一個輕質彈簧,其左端連接著質量為MA的小球A、右端連接在某固定墻面的P點上,已知彈簧的勁度系數為K,小球A、輕質彈簧以及固定墻體點P所形成的系統處于靜止平衡狀態.現在有一個質量為MB的小球B,其以V0的速度與小球A發生碰撞,當兩小球產生碰撞后會同時向固定墻面中的P點移動,其中小球A與小球B的接觸面光滑,待兩小球運動一段時間后又往回運動.此時,當小球A運動至某點后,小球B脫離小球A并開始獨立運動.請問當小球B碰撞至小球A后,兩小球自接觸至分開期間所用的時間是多少?

圖6 小球運動示意圖

5 結束語

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生針對性解析多樣化的初中物理習題.科學合理地應用等效思維,不僅能夠提升學生在實際解析初中物理題目期間的答案精準度與整體解題效率,而且可以拓寬學生的解題思路與見解,促進學生創新思維的發展,有效增強學生的解題能力.