物理等效法在电学中的应用
2021-09-10董万凯
董万凯
摘要:等效法是把比较复杂的物理现象和物理过程转化为理想的、简单的或者说是直接的一种方法,更是物理方法中应用广泛的重要方法,是科学研究中常用的一种思维方法。在保证某种效果相同的前提下,分析某些问题时我们可以采用等效法将实际的、复杂的物理问题或物理过程转化为熟悉的、简单的、易于研究和处理的物理问题或物理过程的方法,主要有物理模型的等效替代、物理过程的等效替代、物理量的等效代替。
关键词:等效电路;等效内阻;等效電源
“等效法”是指在效果相同的前提下,将实际中的复杂问题理想化、简单化后进行处理的方法,采用等效法时,形式变化了,但其本质属性是不变的,好的等效手段还能起到加深理解相关物理概念和规律的作用。
《恒定电流》这一章中复杂电路结构的分析和相关问题的计算的是物理学中的一个知识结构,同时也是比较抽象的问题,因此大多数同学感到它很麻烦,学起来有一定的困难。在本章中,在保证某种效果相同的前提下,分析某些问题时我们可以采用等效法将实际的、复杂的物理问题或物理过程转化为熟悉的、简单的、易于研究和处理的物理问题或物理过程的方法,主要有物理模型的等效替代、物理过程的等效替代、物理量的等效代替。在电路分析中我们经常用一种简单的电路来代替某种复杂电路,这个简单电路与复杂电路具有相同的外部功能。这样我们就可以不去追究复杂电路的内部结构,只要用一个外部功能与复杂电路相同的简单等效电路代替这个复杂电路。通过对简单电路的分析计算来把握好对复杂电路的分析。
1.应用等效电路分析问题
在《恒定电流》这一章中我们最先接触到等效思想是对复杂电路用等效电路来分析,让问题更直观,有利于我们思考和分析。
3.用等效内阻法分析可变电阻的功率问题
在如图6所示的电路中,电动势为E、内电阻为r的电池与固定电阻R0、变阻器R串联,设R0=r,滑动变阻器的最大阻值为2r,闭合S后,当滑动变阻器的滑片自左向右滑动时,下列说法正确的是()
A.固定电阻R0的消耗功率变小
B.电池内部消耗的功率变小
C.分析变阻器消耗的功率变小
D.无法判断变阻器消耗的功率的变化情况
分析:本题看似是一个很常规、很简单的题目,A、B选项很容易排出,可在分析变阻器的功率时,学生往往容易用常规思路来思考,先根据闭合电路的欧姆定律以及串、并联电路特点,裸列功率的公式:P=UI=I2R=U2/R,不难分析:R减小、I变大、R两端得电压U变大,都无法判定P的变化情况,则学生容易错选D。
可见,等效法式贯穿与物理研究的有效方法之一,其要点是在效果不变的前提下,把较复杂的问题转化为较简单或常见的问题。应用等效法处理问题时,关键是要善于分析题中的哪些问题(如研究对象、运动过程、状态或电路结构等)可以等效。在研究过程中,若能将此法方法渗透到对物理过程的分析中去,不仅可以使我们对物理问题的分析和解答变得简捷,而且对灵活运用知识,促使知识、技能和能力的迁移,都会有很大的帮助。
参考文献:
[1]人民教育出版社《普通高中课程标准实验教科书 物理选修3—1》人民教育出版社.2010年4月第3版.
[2]贾凤山《成才之路 物理选修3—1》人民日报出版社.