如何用數(shù)學(xué)工具解答物理問題

編輯: 逍遙路 關(guān)鍵詞: 高中物理 來源: 高中學(xué)習(xí)網(wǎng)

  物理學(xué)中有大量的概念和定律是用數(shù)學(xué)式來表達(dá)和定義的,所以要學(xué)好物理離不開數(shù)學(xué)知識(shí)的運(yùn)用,具體做法大體包括以下幾個(gè)方面:

  一、正確理解物理中數(shù)學(xué)表達(dá)式的物理意義。

  物理公式中大體分三類:一類是物理量的定義式;一類是物理量的決定式,這類公式一般是根據(jù)實(shí)驗(yàn)或推導(dǎo)得出的物理定律或定理;一類是物理量之間的關(guān)系式,不管哪一類物理公式,都應(yīng)注意它是抽象的數(shù)學(xué)公式在應(yīng)用中的具體化,也就是說物理公式都有其具體內(nèi)容與物理意義,而數(shù)學(xué)公式大都是抽掉了具體內(nèi)容的數(shù)量關(guān)系。因此,必須強(qiáng)調(diào)從物理意義上來理解和掌握物理公式,例如力學(xué)中密度的定義式ρ=m/V,變形為m=ρV,對(duì)同一種物質(zhì),ρ是一定的,無論質(zhì)量和體積大小如何,ρ總是不變的。因此,ρ與m與V之間不存在函數(shù)關(guān)系,不能說ρ與m成正比,與V成反比,但變形后m=ρV,從物理意義上的理解為質(zhì)量的決定式,同種物質(zhì)V不同,則m不同,可見,m=ρV公式中ρ和V都可以作為自變量出現(xiàn),而m就是因變量了。學(xué)生中常常出現(xiàn)亂套公式的現(xiàn)象,究其原因就是對(duì)物理公式?jīng)]有注意從物理意義來把握。

  二、會(huì)用數(shù)學(xué)形式表述物理概念和物理規(guī)律。

  科學(xué)認(rèn)識(shí)的一般過程,往往是在開始階段只對(duì)事物進(jìn)行定性的描述和研究,然而只有進(jìn)行精確的定量研究才能更深入地認(rèn)識(shí)事物的本質(zhì),任何一門科學(xué)只有在能引進(jìn)數(shù)學(xué)方法時(shí),才算達(dá)到完善的地步,物理概念從定性研究進(jìn)入定量的描述,從而確定了物理量,各有關(guān)聯(lián)的物理量之間,從定性關(guān)系的分析,進(jìn)入到定量的表述而形成了物理規(guī)律,要運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)解決物理問題,首先是學(xué)會(huì)用數(shù)學(xué)方法來表述概念和規(guī)律,在中學(xué)物理學(xué)中,主要是用公式和圖象法來表達(dá)概念和規(guī)律的。例如物理的定義,總是根據(jù)實(shí)驗(yàn)的分析,建立定義公式,其中一些描述狀態(tài)的物理量,不少量?jī)H用比值法來定義的,如場(chǎng)強(qiáng)的定義式E=F/q,電勢(shì)的定義式u=,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B=F/IL,速度為v=s/t,加速度為a=等,其中一些描述過程的物理量,常常是根據(jù)該量的有關(guān)因素來定義的,如功的定義式為W=Fscosα,沖量的定義式為I=F?Δt,它們是根據(jù)力對(duì)時(shí)間或空間的累積效果的相關(guān)因素來定義的,反映物理量之間關(guān)系的物理定律,多數(shù)是通過實(shí)驗(yàn)的研究,確定該量的決定條件,然后用數(shù)學(xué)方法建立該量的決定式。例如庫倉定律的公式是通過庫倉扭秤的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,寫成比例式為F=q1q2/r2;然后寫成等式為F=kq1q2/r2;又如電阻定律也是在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,寫成比例式為R=l/s,再寫成等式為R=ρl/s,凡屬于由比例式變?yōu)榈仁,都有一個(gè)比例系數(shù)問題的處理,一般地說,比例系數(shù)的值,必須通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行測(cè)定,而且其值與所取的單位制有關(guān)。不過其中有的比例系數(shù)不具有物理意義,也就是它不僅反映某種物理特性,而有的比例系數(shù)具有物理意義的,也就是說它能表明某種物理特性(如電阻定律中的,它表明組成導(dǎo)體的材料的電阻特性)。會(huì)根據(jù)表述規(guī)律的方程作出函數(shù)圖象,另一方面能利用函數(shù)圖像了解物理意義,就是說既能作出函數(shù)圖像,又能從圖像了解其物理意義。

  三、用所學(xué)的數(shù)學(xué)知識(shí)對(duì)物理問題進(jìn)行分析,運(yùn)算和推導(dǎo)。

  對(duì)物理問題的分析,對(duì)物理結(jié)果的推導(dǎo),都離不開數(shù)學(xué)運(yùn)算能力,表現(xiàn)在運(yùn)算的準(zhǔn)確性、技巧性和運(yùn)算速度上。當(dāng)然,物理問題的運(yùn)算是不能脫離物理意義的分析,特別是對(duì)一些運(yùn)算結(jié)果的結(jié)論,要著眼于物理意義上的分析。如我們學(xué)習(xí)勻速直線運(yùn)動(dòng)中的s=vt,不用代數(shù)方法,而利用圖像方法來處理,這樣做簡(jiǎn)單直觀。

  總之,運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)來表述物理規(guī)律,正確理解物理公式,以及物理問題的分析,推導(dǎo)的運(yùn)算過程,是學(xué)習(xí)物理的重要工具。

  


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