数学方法在物理问题中的应用

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  初中物理教学中,数学方法有着大量的应用,数学为解决物理实际问题提供公式与模型,我们在解决物理问题时,通常根据具体问题列出物理量之间的关系式,进行推导和求解并根据结果得出物理结论,必要时用几何图形和函数图像进行表达分析。这是数学对物理的实际应用,也是最直观的方法。 数学思维在解决物理问题中也扮演者一个很重要的角色,数学思维即用数学的观点思考问题和解决问题。数学思维能使人思考问题更加全面,从而更好地解决物理实际问题。
  一、函数图像解决物理问题
  例 1. 如图1所示是某物质在熔化时温度随时间变化的图像。由图可知:该物质是________(填“晶体”或“非晶体”),其中BC段物质处于________状态(填“固体”、“液体”或“固液共存”)。
  分析:根据固体熔化时其温度与时间的变化规律不同,可将固体分为晶体和非晶体。晶体熔化时温度保持不变,但要继续吸热,内能增加,在坐标系里的特征图像表现为一条水平线段(BC段);而非晶体却没有这样的特点。晶体熔化过程中吸热,但温度保持不变,此时物质处于固液共存态。
  小结:采用数学中的函数图像,将物理过程和物理量之间的关系在图像上呈现出来,可使物理过程形象、直观,使解题过程优化,往往会收到事半功倍的效果。
  二、巧用比例解决物理问题
  例2:在用电高峰时,某同学家的电压比220V降低了10%,此时正在工作的“220V 100W”白炽灯的实际功率是____________W。(不考虑温度对灯丝电阻的影响)。
  分析:不考虑温度对灯丝电阻的影响,近似认为灯丝的电阻保持不变,本题的等量是“电阻不变”。根据电功率公式,电功率与电压的平方成正比,即白炽灯的实际功率为 ,实际功率与额定功率之比: 。实际功率: 。
  小结:利用比例关系是初中物理最常用的数学方法。一般是根据物理公式得出比例关系,再利用比例的性质进行未知量的计算求解。巧用比例解决物理问题,很多情况下会减少繁杂的计算,提高做题效率。
  三、利用方程解决物理问题
  例3:在图所示电路中,闭合开关S,移动滑动变阻器的滑片P,当电压表的示数为6V时,电流表示数为0.5A;电压表的示数为7.2V时,电流表的示数为0.3A,则电阻R0为_____Ω,电源电压为_____V。
  分析:本題考查串联电路的电压电流规律和欧姆定律的应用与计算。由图可知,电阻R0与滑动变阻器R1串联,电流表测干路电流,电压表测R1两端电压,当电压表的示数为6V时,电流表示数为0.5A,根据串联电路电压关系U=U0+U1和U0=IR0,所以列方程U=0.5A×R0+6V,同理,当电压表的示数为7.2V时,电流表示数为0.3A,U=0.3A×R0+7.2V,解以上两个二元一次方程得:R0=6Ω,U=9V。
  小结:初中物理中很多知识考查的是不同物理量之间的函数关系,从题目中寻求物理关系列出含有未知量和已知量的等式,列出方程或方程组,可以简化解题过程,更好的利用物理量的关系解决问题。
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