建立等效平衡思维 巧解高中物理习题

○孙瑞昌 临洮中学

等效平衡思维在高中物理解题教学中的应用，使高中学生的物理解题计算过程大为简化和提升，可以有效地提高高中学生的物理解题效率，提升高中学生的物理解题水平。

一、“物理模型”的等效应用

等效平衡主要是指在效果相同的基础之上，将高中学生所要解答的、学习的高中物理试题解题过程和计算方案简易化，即转化为效果相同但计算过程相对简单的等效过程，从而起到提高高中学生物理解题效率和思维能力的作用。对于高中物理解题教学中的“物理模型”部分，等效平衡解题思维的应用原理是将复杂的、难以理解的高中物理试题中的客体转化为效果相同，且简易化的物理模型代替，更加有利于解题。

例题1：如下面的图1所示，该图为一个完整电路，其中R1所代表的是定值电阻，而R2正好与之相反，代表的是可变电阻，E所表示的是电源的电动势，而最后一个小写字母r，其所表示的则是电源的内阻，现将这一电路进行闭合处理。问题：当电路中的可变电阻R2阻值变化到多少的时候，R2在电路中所消耗的功率达到最大值？

解析：该题主要考查的是高中学生对于电磁学知识点的掌握情况，因此，高中物理教师首先让学生应用基本的相关物理知识点，然后应用等效平衡解题方法解答该问题。如当电源内部的电阻值恒定不变时，电源的输出功率会随着外电阻的变化而变化，所以会存在所谓的极值，也就是最大值；而相反，当电源内部的电阻值等于外电阻值的时候，电源的输出功率就已经直接达到最大峰值。然而，根据图1所显示的电路组成来看，可变电阻R2不属于外界电阻，因此，直接应用电磁学知识点是无法有效地解题的。而通过等效平衡的解题思维看待这一题，上述不合理的情况便可以迎刃而解，即以图1为基础，将图1当中的主电源与定值电阻R1等效转化为一个新的电源，这时的R2就可以直接看作是这个新的电源的外电阻，同样的道理，该等效的新电源内阻则可以表示为R1+r，具体信息如图2所示。

当R2的电阻值等于等效新电源的内阻R1+r值的时候，可变电阻R2所消耗的电功率值达到最大化。根据等效平衡的电路解题和绘图所示，图2物理模型的建立可以有效地将复杂、难懂的图1解题进行等效简化，更加方便高中生解题。

二、“物理过程”的等效应用

对于高中物理解题教学中的“物理过程”部分，等效平衡解题思维的应用原理是，应用一种或者几种效果相同、并且方便解答计算的物理过程，等效代替原本物理题目中所故意给高中生提供的复杂的、计算量较大的物理计算过程，从而有效地实现将高中学生的物理解题过程加以简易化的效果，提高解题效率。

例题2：图3所示，现有两个底部面积大小都相同，且底面积值为S的圆筒甲和圆筒乙，他们都处于同一个水平面之上，已知现在两个桶里面都装了大小不等的纯净水，中间有一根通道相连，其中甲圆筒内的水高度为h1，而乙圆筒内的水高度为h2，h1＞h2，现在将连接甲圆筒和乙圆筒之间的管道阀门打开，让甲圆筒内的水流入到乙圆筒当中，最后两者之间的水平衡，即h1=h2。问题：在甲圆筒内的水流入到乙圆筒的过程中，大气气压对水做功了吗？

解析：根据该题的叙述可知，最终两个圆筒甲乙内部的水的体积和高度是一样的，高中学生可以绘制相关解题图例（如图4所示），根据图3和图4的对比即可看出，在甲圆筒内的水流入到乙圆筒的过程中，这个运动过程的最终效果是等同于最初效果的，两个圆筒内的水的体积并没有发生变化，因此，学生便可以直接得出大气压强并没有对水做功。

综上所述，高中物理教师应当积极采取有效的教学措施帮助学生建立等效平衡思维，从而快速提升高中学生的物理解题能力和水平。