宋正怀

(江苏省靖江高级中学,江苏靖江 214500)

由2010年江苏省高考物理一道试题看模型变换的内涵

宋正怀

(江苏省靖江高级中学,江苏靖江 214500)

在遇到实际物理情景时,迅速而准确地提取相关的模型信息,可以顺利找到解题思路,达到事半功倍的目的.但是在模型的建立和运用过程中,如果忽略了对模型内涵的深刻理解,往往会带来较大的负面影响,产生思维僵化,生搬硬套模型等思维障碍,导致错误.

2010年江苏省物理一道多项选择题,题目如下:

图1

在如图1所示的远距离输电电路图中,升压变压器和降压变压器均为理想变压器,发电厂的输出电压和输电线的电阻均不变,随着发电厂输出功率的增大,下列说法中正确的有

(A)升压变压器的输出电压增大.

(B)降压变压器的输出电压增大.

(C)输电线上损耗的功率增大.

(D)输电线上损耗的功率占总功率的比例增大.

本题考查学生对远距离输电知识的掌握程度,前面3个选项,对基础稍好的学生来说并不难,而(D)选项,题目有一定灵活度.

常规解法:设升压变压器副线圈两端的电压为U,线圈中的电流为I,则总功率为P总=UI.

设输电线电阻为R线,输电线中的电流为I,输电线消耗的功率(损失功率)为P损=I2R线.

损耗功率与总功率比为

因为升压变压器原线圈电压、变压比和R线保持不变,所以当总功率增加时,输电线上的电流随之增加,不难得到η增大.

但是如果我们建立输电线和后级电路串联模型(如图2所示),采用等效变换的方法,降压变压器和用户看作电阻R等,有学生认为由于R等和R均为定值,所以η不变.

图2

从表面上看,似乎有道理,把输电线后级电路等效为电阻,然后看作简单的串联模型,并没有错误.但问题在于,输送的总功率增加的实质是什么?

首先要搞清楚的是到底是什么引起了总功率增加,是电厂的缘故吗?答案是否定的.简单回忆一下,小灯泡接在恒定电源两端,用什么方法可以使电源输出的功率发生改变呢?明显不是电源!我们可以在电路中和小灯泡串联或并联一个电阻来达到目的.

因此,我们在用物理模型解决问题时,对物理模型内涵挖掘要充分,不能简单地把物理公式当作算术公式,只有这样才能对物理模型的运用准确无误.

2010-06-11)