数学是所有自然科学,甚至社会科学的工具,所有自然现象、社会现象都可以抽象、概括成一个数学模型,这种特点在物理学中尤为明显,这就要求学生能灵活利用数学知识解决物理问题的能力非常高,所以应用数学工具解决物理问题是《考试大纲》中明确要求的五大能力之一.数学作为工具学科,其思想、方法和知识始终渗透、贯穿于整个物理学习和研究的过程中,为物理概念、定律的表述提供简洁、精确的数学语言,为学生进行抽象思维和逻辑思维推理提供有效的方法,为物理学中的数量分析和计提供有力的工具.以下是朴新小编给大家带来了数学方法在高中物理中的应用。
[图片0]
2数学的方法来定义物理概念
用数学的方法来定义物理概念。在中学物理中常用到的比值定义法,所谓比值定义法就是用两个基本的物理量的“比”来定义一个新的物理量的方法。比值法定义的基本特点是被定义的物理量往往是反映物质最本质的属性,它不随定义所用的物理量的大小取舍而改变。如:密度、压强、速度、加速度,功率、电场强度,电容等物理量的定义。
中学物理中的许多定律,例如电阻定律、欧姆定律、牛顿第二定律、气体实验三定律,光的折射定律等都是从实验出发,经过科学抽象为物理定律,最后运用数学语言把它表示为物理公式的。这是研究物理的基本方法之一。
物理学中常常利用数学知识研究问题,以高中物理“直线运动”这一章为例,就要用极限概念和图像研究速度、加速度和位移;用代数法和三角法研究运动规律和轨迹;用矢量运算法则研究位移与速度的合成和分解等。另外,物理学中常常运用数学知识来推导物理公式或从基本公式推导出其它关系式,这样既可以使学生获得新知识,又可以帮助他们领会物理知识间的内在联系,加深理解。
3数学方法在高中物理中的重要作用
培养学生在实验的基础上,运用数学方法表达物理过程、建立物理公式的能力。在研究物理现象的过程中必须引导学生把实验观测和数学推导这两种手段有机地结合起来。只有这样,才能获得关于某种现象的全面的、内在的、本质的认识。这就是以观察、实验的感性材料为依据,运用数学方法(包括公式和图像)来对其进行计算、分析、概括、推理,得出经验规律,并进一步抽象为物理定律。中学物理中的许多定律,例如电阻定律、欧姆定律、牛顿第二定律、气体实验三定律,光的折射定律等都是从实验出发,经过科学抽象为物理定律,最后运用数学语言把它表示为物理公式的。这是研究物理的基本方法之一。
培养学生应用数学知识来推导物理公式的能力。物理学中常常利用数学知识研究问题,以高中物理“直线运动”这一章为例,就要用极限概念和图像研究速度、加速度和位移;用代数法和三角法研究运动规律和轨迹;用矢量运算法则研究位移与速度的合成和分解等。另外,物理学中常常运用数学知识来推导物理公式或从基本公式推导出其它关系式,这样既可以使学生获得新知识,又可以帮助他们领会物理知识间的内在联系,加深理解。
培养学生运用数学表达式或图像来描述、表达物理概念和规律的能力。数学是定义物理概念 表达物理规律的最简洁、最精确、最概括、最深刻的语言,许多物理概念和规律都要以数学形式(公式或图像)来表述,也只有利用了数学表述,才便于进一步运用它来分析、推理、论证,才能广泛地定量地说明问题和解决问题。例如,气体的等温变化,通过实验得到下面的结论:温度不变时,一定质量的气体(理想气体)的压强跟它的体积成反比。这就是玻意耳——马略特定律。可以用数学表达式表示出来。于是,玻意耳——马略特定律也可以叙述为:温度不变时,一定质量的气体(理想气体)的压强跟它的体积的乘积是不变的,其数学表达式为:PV=C(恒量)。气体的等温变化还可以用函数图像(等温线)来表示。
4数学在高中物理中的应用
用斜率和导数知识研究匀变速直线运动的加速度a.从高中物理必修一加速度的概念可知:加速度实际上是速度相对于时间的导数,也可以通过图象用斜率去研究。类似的也可以对位移进行求导,得速度(或有总路程除以总时间得平均速度)。物理中其他与时间有关的率如:速率、功率、磁通量的变化率、频率等均可用类似的数学方法去研究。
利用二次函数、三角函数、均值不等式等求最值的广泛应用。在匀加速直线运动中有二次方的运算,很容易涉及二次函数最值的情况,而大部分情况都会用到在抛物线顶点处取得最值的知识;力学、运动学中广泛用到简单三角函数的求最值知识;本学期学习的三角函数与物理中的波与磁电等的图像也有广泛联系。求功率与并联电阻经常用到均值不等式。
向量和图象法等在物理数学中的综合应用。数学上的向量和物理上说的矢量基本上是等同的。如力、位移、加速度、速度、动量、冲量等都是矢量,两者可以互为补充的学习与理解。本学期高一学习的数量积的引入就是物理中功的背景。数形结合是数学中非常重要的数学思想,物理中许多题目结合图象会非常具体可感,比如力学、运动学图象结合数学知识去分析会带来很大方便。