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数学与自然科学是一对孪生子。牛顿从物理学需要发明了微积分,反过来,第谷用数学方法发现了海王星;蒸汽机推动力运动学与热力学的发展,促使数学分析走向新的高峰;电磁学的基本规律是用微分方程写的…时至今日,可谓研究自然科学若离开数学必将寸步难行。为了让学生更早一些懂得数学在研究自然科学中的重要性,笔者认为:应探索和强化数学在物理上的应用,这对提高学生的数学宿素质,促进数学与物理的相互渗透,培养数学的应用意识是有利的作为数学在物理上应用例子不胜枚举,本文略举书例。
例1有一个正方体状的木块放入水中,木块的一部分露出水面,其中两条棱各露出棱长的 ,另一条棱恰好全部露出水面,试求这个木块的密度与水的密度之比。
解:设正方体状木块长为 ,则木块的体积为 ,
木块露出水面部分的体积为
故木块排出的水的体积为
设水及木块的密度分别为 、 ,根据阿基米德定律可知,木块受到水的浮力等于木块排开水的重量。又木块处于力的平衡状态,故木块的重量等于木块受到的水的浮力,即
例2设电源的电动势为定值 ,某电器的电阻为 .当该电器外电阻为 何值时,输出的电功率最大?这个最大值为多少?
解:根据全电路欧姆定律,电路中的电流强度 ,故输出功率
对于任一个电器,其内电阻 都是定值,又电源的电动势 也是定值。
取等号,
,这时
例3物体沿斜坡由静止下滑,物体下滑到坡底的水平距离为定值 .
(1)若不计摩擦阻力,求当斜坡倾斜角 为何值时,物体到达坡底时间最短?
(2)若物体下滑时考虑摩擦力,设摩擦系数为 ,求当斜坡倾斜角 为何值时,物体到达坡底时间最短?
解:如图,设物体从A点沿斜坡下滑到B点所需的时间为t,AC BC,BC=S(定值)
设物体的质量m,物体下滑加速度为 ,
(1)沿斜面的物体重力 的分力为
例1有一个正方体状的木块放入水中,木块的一部分露出水面,其中两条棱各露出棱长的 ,另一条棱恰好全部露出水面,试求这个木块的密度与水的密度之比。
解:设正方体状木块长为 ,则木块的体积为 ,
木块露出水面部分的体积为
故木块排出的水的体积为
设水及木块的密度分别为 、 ,根据阿基米德定律可知,木块受到水的浮力等于木块排开水的重量。又木块处于力的平衡状态,故木块的重量等于木块受到的水的浮力,即
例2设电源的电动势为定值 ,某电器的电阻为 .当该电器外电阻为 何值时,输出的电功率最大?这个最大值为多少?
解:根据全电路欧姆定律,电路中的电流强度 ,故输出功率
对于任一个电器,其内电阻 都是定值,又电源的电动势 也是定值。
取等号,
,这时
例3物体沿斜坡由静止下滑,物体下滑到坡底的水平距离为定值 .
(1)若不计摩擦阻力,求当斜坡倾斜角 为何值时,物体到达坡底时间最短?
(2)若物体下滑时考虑摩擦力,设摩擦系数为 ,求当斜坡倾斜角 为何值时,物体到达坡底时间最短?
解:如图,设物体从A点沿斜坡下滑到B点所需的时间为t,AC BC,BC=S(定值)
设物体的质量m,物体下滑加速度为 ,
(1)沿斜面的物体重力 的分力为