专题03 等效法-【模型与方法】备战2024年高考物理备考方法

专题03 等效法 1. 等效电场 一个无限大的金属板与一个点电荷之间的空间电场分布与等量异种电荷之间的电场分布类似。 2. 等效重力场 先求出重力与电场力的合力,将这个合力视为一个等效重力,将a=视为等效重力加速度。再将物体在重力场中的运动规律迁移到等效重力场中分析求解即可。 3. 等效电源 (1) 串联等效电源：如图所示，当电路中的电源和一个定值电阻串联时，我们可以将电源和该定值电阻等效为一个新的电源。 设电源电动势为E，内阻r，定值电阻为R0，等效新电源电动势为E1，等效内阻为r1。当MN间外电路断路时，MN两点间电压等于新电源电动势，则E1=E0，电源与定值电阻串联，则r1=r+R0 (2) 并联等效电源：如图所示，当电路中的电源和一个定值电阻并联时，我们可以将电源和该定值电阻等效为一个新的电源。 设电源电动势为E，内阻r，定值电阻为R0，等效新电源电动势为E2，等效内阻为r2。当MN间外电路断路时，MN两点间电压，即电路中R0两点间电压，等于新电源电动势，则MN间外电路断路时，原电源直接对定值电阻R0供电，则，即得。将电源与定值电阻看为一个整体，新电源的等效内阻即为电源内阻与定值电阻并联后的总电阻，则 4. 等效替代法测电阻 等效替代法可以很精确(测量原理上不存在误差)地将一个未知电阻的阻值测量出来,主要有以下两种设置方法。 (1)电流等效替代 ①按如图电路图连接好电路,并将电阻箱R0的阻值调至最大,滑动变阻器的滑片P置于a端。 ②闭合开关S1、S2,调节滑片P,使电流表指针指在适当的位置,记下此时电流表的示数I。 ③断开开关S2,再闭合开关S3,保持滑动变阻器滑片P位置不变,调节电阻箱,使电流表的示数仍为I。 ④此时电阻箱连入电路的阻值R0与未知电阻Rx的阻值等效,即Rx=R0。 (2)电压等效替代 该方法的实验步骤如下: ①按如图电路图连好电路,并将电阻箱R0的阻值调至最大,滑动变阻器的滑片P置于a端。 ②闭合开关S1、S2,调节滑片P,使电压表指针指在适当的位置,记下此时电压表的示数U。 ③断开开关S2,再闭合开关S3,保持滑动变阻器滑片P位置不变,调节电阻箱,使电压表的示数仍为U。 ④此时电阻箱连入电路的阻值R0与未知电阻Rx的阻值等效,即Rx=R0。 5. 变压器中的等效电阻 设变压器的原线圈和副线圈匝数分别是n1和n2，电流分别是I1和I2，电压分别为U1和U2，副线圈的总负载为R，则： 所以U为理想交变电源电压，RL1可等效为理想交变电源的内阻，可理解为等效电路的外电阻。 6. 单摆公式中的等效摆长和加速度 (1)常见三种情况单摆的等效摆长 l等效＝lsin α 做垂直纸面的小角度摆动 l等效＝lsin α＋l 垂直纸面摆动 l等效＝l 纸面内摆动 左侧：l等效＝l 右侧：l等效＝l 纸面内摆动 T＝π＋π （2）等效重力加速度 情况一：摆球除受重力和拉力外还受其他力，但其他力不沿半径方向，这种情况下g为等效重力加速度。 ①在竖直向下的电场中的单摆：等效的“重力加速度”为，单摆周期： ②在竖直方向的加速下降（失重）电梯中的单摆：等效的“重力加速度”为，单摆周期： ③在竖直方向的加速上升（超重）电梯中的单摆：等效的“重力加速度”为，单摆周期： 情况一等效重力加速度的求解步骤： ①分析摆球的受力，确定摆球相对静止的位置（即平衡位置）。 ②计算摆球的视重F。（即平衡位置的拉力） ③利用，求出等效重力加速度。 情况二：摆球除受重力和拉力外还受其他力，但其他力只沿半径方向，而沿振动方向无分力，这种情况下加速度不变，依然为重力加速度，单摆的周期不变。 方法一：等效电场 【方法演练1】无限大接地金属板竖直放置，与金属板右侧面中心点O相距为d的位置处放有一电荷量为q的正点电荷，它们之间的电场线分布如图甲所示，与两个等量异种点电荷连线的中垂面正电荷一侧的电场线分布类似，如图乙．甲图电场中有M(MO的连线与板垂直)、N(N点位于板右侧面上)两点，M到点电荷之间、N到O点之间的距离均为d，则M、N两点的电场强度EM、EN的大小关系是(     ) A．EM＞EN B．EM＝EN C．EM＜EN D．无法确定 方法二：等效重力场 【方法演练2】如图所示，在竖直平面内有水平向左的匀强电场，在匀强电场中有一根长为L的绝缘细线，细线一端固定在O点，另一端系一质量为m、电荷量大小为q的带电小球。小球静止时细线与竖直方向成θ角，此时让小球获得一个与绳垂直的初速度，能绕O点在与电场平行的竖直平面内做圆周运动，重力加速度为g。下列说法正确的是（   ） A．匀强电场的电场强度 B．运动过程中小球动能的最小值可以为 C．小球能完成圆周运动，小球运动一周的过程中，机械能改变量的最大值