【物理】2020届二轮复习思想方法4　等效思想学案 10页

思想方法4　等效思想 ‎[方法概述]‎ 等效法是科学研究中重要的思维方法之一，所谓等效法就是在保证某方面效果相同的前提下，用熟悉和简单的物理对象、过程、现象替代实际上陌生和复杂的物理对象、过程、现象的方法。例如：合力与分力、合运动与分运动、总电阻与分电阻等。利用等效法不但能将问题、过程由繁变简、由难变易，由具体到抽象，而且能启迪思维，增长智慧，从而提高能力。‎ 运用等效法解决实际问题时，常见的有：过程等效、概念等效、条件等效、电器元件等效、电路等效、长度等效、场等效等。在运用等效法时，一定要注意必须是在效果相同的前提下，讨论两个不同的物理过程或物理现象的等效及物理意义。若在运用等效法解决问题时，不抓住效果相同这个条件，就会得出错误的结论。近年来，含有等效法思维方式的试题在高考中频频出现，主要考查物理模型等效、过程等效、条件等效、电路等效等。‎ ‎[典型例题]‎ 典例1　(2019·重庆一中高三5月模考)某物理兴趣小组的同学现在要测定由两节新干电池组成电池组的电动势和内阻的大小，该同学根据实验室提供的实验器材设计了如图1所示的原理图，其中定值电阻R1＝1.0 Ω、R0＝2.0 Ω，毫安表的量程范围为0～150 mA、内阻大小为rmA＝4 Ω。试完成下列问题：‎ ‎(1)请根据原理图将如图2所示的实物图连接好。‎ ‎(2)实验中电压表所选的量程为0～3 V，某次测量中电压表的读数如图3所示，则此次实验中电压表的读数为U＝________ V。‎ ‎(3)他们已经将实验中所测得的实验数据描点，并作出了UI图象，如图4所示。则电池组的电动势为E＝________ V，内阻为r＝________ Ω。‎ 解析　(1)实物连线如图所示。‎ ‎(2)电压表的读数为U＝2.50 V。‎ ‎(3)将R0和电源的串联电路作为等效电源，等效电源内阻为r0＝r＋R0。设毫安表读数为I，毫安表内阻为4 Ω，与毫安表并联的电阻阻值为R1＝1.0 Ω，通过并联电阻的电流为毫安表的4倍，干路电流为毫安表读数的5倍，由闭合电路的欧姆定律有：E＝U＋5r0I。由上式可知UI图象的纵截距表示电池组的电动势，故电池组的电动势为E＝2.98 V，斜率的绝对值表示电池组等效内阻的5倍，由图可知，图象的斜率的绝对值为：k＝||＝||Ω＝22.29 Ω，故等效内阻为r0＝＝ Ω＝4.46 Ω，故电池组的内阻为r＝r0－R0＝4.46 Ω－2.0 Ω＝2.46 Ω。‎ 答案　(1)图见解析　(2)2.50　(3)2.98　2.46‎ 名师点评　在闭合电路问题中，若某一定值电阻与电源内阻为串联关系，常常可以将此定值电阻归到电源内部，使电源变为等效电源，此等效电源的内阻为原内阻与定值电阻之和，而等效电源的电动势不变。‎ ‎[变式1]　(2019·四川资阳二诊)如图所示，电源电动势E＝1.5 V，内电阻r＝0.5 Ω，滑动变阻器R1的最大电阻Rm＝5.0 Ω，定值电阻R2＝2.0 Ω，C为平行板电容器，其电容为3 μF。将开关S与a接触，则(　　)‎ A．当R1的阻值增大时，R2两端的电压减小 B．当R1接入电路阻值为0.5 Ω时，R1消耗的功率最大 C．将开关从a接向b，流过R3的电流流向为d→c D．将开关从a接向b，待电路稳定，流过R3的电荷量为9×10－3 C 答案　A 解析　增大R1的阻值，R总增大，I总减小，流过R2的电流减小，R2两端的电压减小，所以A正确；将R2与电源看做等效电源，当R1＝R2＋r＝2.5 Ω时，R1消耗的功率最大，所以B错误；开关接a时，电容器左极板带负电，开关接b时，左极板带正电，所以流过R3的电流流向为c→d，因此C错误；因R1接入的阻值未知，不能求出电容器上电压的变化，故不能求出流过R3的电荷量，所以D错误。‎ 典例2　(多选)电源的两个重要参数分别是电动势E和内电阻r。对一个电路有两种特殊情况：当外电路断开时，电源两端的电压等于电源电动势；当外电路短路时，短路电流等于电动势和内电阻的比值。现有一个电动势为E、内电阻为r的电源和一阻值为R的定值电阻，将它们串联或并联组成的系统视为一个新的等效电源，这两种连接方式构成的等效电源分别如图甲和乙中虚线框所示。设新的等效电源的电动势为E′，内电阻为r′‎ ‎。试根据以上信息，判断下列说法中正确的是(　　)‎ A．甲图中的E′＝E，r′＝R＋r B．甲图中的E′＝E，r′＝R＋r C．乙图中的E′＝E，r′＝ D．乙图中的E′＝E，r′＝ 解析　甲图中的E′＝E，r′＝R＋r，故A错误，B正确；乙图中的E′等于MN间的电压，则有：E′＝E，内电阻r′等于R与r并联的阻值，即有：r′＝，故C错误，D正确。故选B、D。‎ 答案　BD 名师点评　等效电源的电动势等于MN间的电压，由串联电路分压规律求解，等效电源的内电阻由串联或并联电路的规律求解。解决本题的关键是要分析清楚电路的结构，灵活运用串联电路的分压规律，运用等效替代的思维来研究等效电源的电动势和内电阻。‎ 典例3　如图所示，带电量为＋q、质量为m的滑块，沿固定绝缘斜面匀速下滑，现加一竖直向上的匀强电场，电场强度为E，且qE