高中物理中的数学知识与方法选读.docx

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1、高中物理中的数学知识与方法选读高中物理中的数学知识与方法选读目录：前言概念的描绘与定义矢量与矢量的运算极限思想的体现待定系数法的应用1认识运动方程2电学实验数据处理解方程组变力做功数学和物理在解题思路中的差异图象法解题1识图辨析2数形结合导数在高中物理中的应用1求速度和加速度2求感应电动势带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时，半径与轨迹的关系前言在多年的高中教学经历中，接触到很多学生在物理上学习得很努力、很认真，固然在时间上大量的投入，但成绩总是差强人意。造成这种现象的原因其中之一是遭到数学知识的制约，而很多物理问题都得用到数学工具和方法解决；另外一个原因是数学知识把握得不错，平常数学成绩也好

2、，但不能灵敏运用到物理学习中来，对数学和物理两个学科只是独立地进行考虑与学习，不能真正地融汇贯穿。高考（考试讲明）中明确提出高中生应具备应用数学处理物理问题的能力，即能够根据详细问题列出物理量之间的数学关系式，根据数学的特点、规律进行推导、求解和合理外推，并根据结果得出物理判定、进行物理解释或作出物理结论。能根据物理问题的实际情况和所给条件，恰当地运用几何图形、函数图象等形式和方法进行分析、表达。能够从所给图象通过分析找出其所表达的物理容，用于分析和解决物理问题。数学物理方法：对一个物理问题的处理，通常需要三个步骤：1利用物理定律将物理问题翻译成数学问题；2解该数学问题，其中解数学物理方程占有

3、很大的比重，有多种解法；3将所得的数学结果翻译成物理，即讨论所得结果的物理意义。数学与物理的联络：数学是物理的表述形式之一。其学科特点具有高度的抽象性，它能够概括物理运动的所有空间形式和一切量的关系。数学是创立和发展物理学理论的主要工具。物理原理、定律、定理往往直接从实验概括抽象出来，首先是量的测定，然后再建立起量的联络即数学关系式，其中就包含着大量的数学整理工作，本身就要大量的数学运算，才能科学地整理实验所观测到的量，找出它们之间的联络。用数学语言来描绘详细物理问题的能力培养，即能将详细问题转化为数学问题的能力，以期在数学技能与详细问题之间架起桥梁在解决实际物理问题的时候，从建立坐标开场，包

4、括确定自变量，找出函数关系以致积分上下限确实定等，都要以物理思想来指导例如，当只考虑平动时，其物体就简化成为质点，本来并不作用于一点的力都被简化为作用在质点上，进而简化了物体的受力分析若要考虑物体的转动时，除了要建立平动坐标系外，还要建立相应的转动坐标作为上述描绘能力的另一方面要知道怎样解释数学运算结果的意义，根据结果作出科学的结论，在必要时会用图形或其它方法进行表达和描绘有时从数学知识上来看是合理的，然而由于物理条件的限制，其结果却不合理从我的教学经历看很多文章所述的那样，在建立一质点的受力运动方程时，其难点就在于对摩擦力的数学描绘由于摩擦力与重力、约束力不同，它的方向随质点运动的变化而变化

5、，尤其是对静摩擦力的处理，很难用一个一般的函数形式来描绘，需以物理思想来指导，对详细问题作详细分析例如，沿一斜面向上抛一质点，显然由于摩擦力的作用，质点沿斜面向上滑动与向下滑动时的受力情况不同，当质点到达最高点时，还要十分地分析静摩擦力(通常静摩擦力大于滑动摩擦力)对质点的作用，以决定质点能否向下滑数学能导致新规律的发现和新理论的建立牛顿在开普勒观察得到的行星运动规律的数据基础上，利用数学的方法，导出了万有引力定律：麦克斯韦从电磁现象已有的实验规律出发，建立了电磁场理论当代物理学，尤其是微观世界的研究中，数学方法所起的作用越来越重要了能够讲，没有数学，物理学就不能前进数学方法为物理学研究提供简

6、明准确的形式化语言运用数学方法研究物理规律，对量与量之问的关系、量的变化以及在量与量之间进行分析、比拟、推导和运算时，都是运用一套形式化的语言(图象、图表)来表示的这种简洁、明确、严密的数学语言已日益浸透到物理学中去，成为表达物理概念和物理理论的重要形式和手段用简明的数学公式、数学符号系统、形式化的语言表达物理规律以及规律和复杂现象的联络，才能在物理学研究中进行定量描绘和理论概括，反映物理规律的普遍性我们经常见到的用数学语言表示物理规律的例子如下：文档视界高中物理中的数学知识与方法选读高中物理中的数学知识与方法选读第一节.概念的描绘与定义理论课的学习是高中物理教学的主要容，其中会碰到多种多样的

7、数学问题，即全面又零散，那么数学与物理结合的方法就是：加强浸透，注意总结归类1.比值定义法，即用两个基本的物理量的“比来定义一个新的物理量的方法一般地，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而改变在初中就有过物质密度的定义，电阻的定义，到高中进一步浸透这种方法，如确定的电场中的某一点的场强就不随q、F而变；电容C的定义，用电荷量Q与电势差U的比值来定义，但电容C是由电容器本身决定的，与Q和U无关；到后面的电势、电势差、磁通密度等都用这种方法来定义，当然用来定义的物理量也有一定的条件，如q为点电荷，S为垂直放置于匀强磁场中的一个面积等类似的比

8、值还有：压强，速度，功率等1速度：物体运动的快慢的描绘。运动物体单位时间通过的位移，定义式为：svt=2加速度：物体运动速度变化的快慢。定义式为：vat?=?3电场强度：该点试探电荷遭到的力与电荷量的比值。定义式为：FEq=另外，要经常注意把概念、规律的定义式和公式与文字、语言表述结合起来，使学生真正理解数学式表达的物理意义。目前比拟普遍存在的一种情况是学生只会背记公式，却不理解其物理意义，到了做题的时候又只能含糊地代公式了事。譬如学生对电容的定义式CQ/U是熟知的，但对这个式子大多数学生只会读作“C等于Q比U(或U分之Q)稍好些的，则能讲：“电容等于电量与电压之比或“电容等于增加单位电压所需

9、的电量很少有人能作如下确切地表述：“电容是表示电容器包容电荷本领的物理量某个电容器电容的数值，等于使两极板增加单位电压所需增加的电量这种情况，虽然与学生的语文程度有一定关系，但造成这种情况的主要的原因还在于物理教学本身要改变这种情况，教学中必需经常注意把概念、规律的物理意义与数学表达式结合起来引出一个概念，应该先从研究物理经过或物理现象入手，然后谈到对概念的定义方法，最后才写出定义式在类似的问题中都要进行这种讲解方法的浸透第二节.向量与矢量向量的概念定义1.1.1既有大小又有方向的量叫做向量，或称向量.两类量:数量(标量):可用一个数值来描绘的量;向量(矢量)既有大小又有方向的量.向量的几何表

10、示：有向线段的长度表示向量的大小,有向线段的方向表示向量的方向. (1)向量的和三角形法则.1.2.1ab定义设已知向量、，O以空间任意一点为始点OAaABb=接连作向量，OAB得一折线，从折线的端点,OBOBc=到另一端点的向量a叫做两向量b与的和，记做cab=+平行四边形法则定理1.2.1假如把两个向量OAOB、为邻边组成一个平行四边形OACB，那么对角线向量OCOAOB=+多边形法则12,naaa有限个向量相加可由向量的三角形求和法则推广11122,OOAaAAa=自任意点开场，依次引1,nnnAAa-=由此得一折线12,nOAAAnOA于是向量12,nanaaa=就是个向量的和，即11

11、21nnOAOAAAAA-=+ (2)向量的差bca当向量与向量的和等于向量，bca+=即c时，我们把向量叫做向量ab与的差，cab=-并记做矢量概念定义：一条带箭头的线段来表示既有大小又有方向的物理量，线段的长度表示大小，箭头的指向表示方向。如运动中的速度v、位移s、加速度a，力学中的力，电场中的电场强度，磁场中的磁感应强度等。1矢量的合成与分解平行四边形定则：求两个互成角度的共点力F1、F2的合力，能够用表示F1、F2的有向线段为_邻边_作平行四边形，平行四边形的_对角线_(在两个有向线段F1、F2之间)就表示合力的_大小和_方向_，如图1甲所示三角形定则：求两个互成角度的共点力F1、F2

12、的合力，能够把表示F1、F2的线段首尾顺次相接地画出，把F1、F2的另外两端连接起来，则此连线就表示_合力_的大小和方向，如图乙所示图1例题一：已知力F的大小和方向，在下面三种条件下(如图2所示)，通过作图求两个分力F1和F2.(1)图甲，已知两个分力的方向，即图中和，求两力的大小(2)图乙，已知分力F1的大小和方向，求另一个分力F2的大小和方向(3)图丙，已知F1的方向和F2的大小，求F1的大小和F2的方向以上三种情况的解能否都是唯一的？图2甲、乙两种情况的解是唯一的，而丙有两解例题二：三个带电荷量均为Q(正电)的小球A、B、C质量均为m，放在水平光滑绝缘的桌面上，分别位于等边三角形的三个顶

13、点，其边长为L，如下图，求：在三角形的中心O点应放置什么性质的电荷，才能使三个带电小球都处于静止状态？其电荷量是多少？第三节.极限思想的体现极限的概念所谓极限法，是指用极限概念分析问题和解决问题的一种数学方法极限法的一般步骤可概括为：对于被考察的未知量，先设法构思一个与它有关的变量，确认这变量通过无限经过的结果就是所求的未知量；最后用极限计算来得到这结果极限法不同于一般的代数方法，代数中的加、减、乘、除等运算都是由两个数来确定出另一个数，而在极限法中则是由无限个数来确定一个数极限法的发展极限法是把某个物理量推向极端，即极大和极小或极左和极右，并依此做出科学的推理分析，进而给出判定或导出一般结论

14、。极限法在进行某些物理经过的分析时，具有独特作用，恰当应用极限法能提高解题效率，使问题化难为易，化繁为简，思路灵敏，判定准确。极限法的应用极限法在当代数学乃至物理等学科中有广泛的应用，这是由它本身固有的思维功能所决定极限法揭示了变量与常量、无限与有限的对立统一关系，是唯物辩证法的对立统一规律在数学领域中的应用借助极限法，人们能够从有限认识无限，从“不变认识“变，从直线形认识曲线形，从量变认识质变，从近似认识准确无限与有限有本质的不同，但二者又有联络，无限是有限的发展无限个数目的和不是一般的代数和，把它定义为“部分和的极限，就是借助极限法，从有限认识无限“变与“不变反映了事物运动变化与相对静止两种不同状态，但它们在一定条件下又可互相转化，这种转化是“数学科学的有力杠杆之一例如，要求变速直线运动的瞬时速度，用初等方法是无法解决的，困难在于这时速度是变量为此，人们先在小围用匀速代替变速，并求其平均速度，把瞬时速度定义为平均速度的极限，就是借助极限法，从“不变认识“变例题选析例题一：课本例子例题二：如下图，一个质量为m的小球位于一质量可忽略的直立弹簧上方h高度处，该小球从静止开场落向弹簧，设弹簧的劲度系数为k，则物块可能获得的最大动能为多少？解析：球跟弹簧接触后，先做变加速运动，后做变减速运动，据此推理，小球所受合力为零的位置速度、动能最大。所以速最大时有