巧用数学知识解决物理难题

来源 :新生代·上半月 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lijiarose
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  【摘要】:利用数学方法来解决物理难题,通常被称之为数理结合思想。不管是日常的物理教学,还是高考,都会对学生数理结合的能力进行重点考查。对素质教育而言,其核心就在于培养思维及能力,因此,在物理教学过程中,教师应当重视培养学生数理结合的思想,将复杂的物理难题简单化,增强物理教学的效果。
  【关键词】:数学 物理 数理结合
  物理并不是独立的学科,在日常教学中,教师应当积极运用其他的学科来帮助学生学习物理。大部分学生都认为物理过难,不容易理解,其关键原因就在于不具备数理结合的思想。在高考中,数理结合是物理必考的重点知识之一,根据相关的考试说明:可以依据具体的问题罗列出各个物理量间的关系式子,再进一步推算和求解,得出相关结果,并基于结果来得出结论;必要时可以通过函数及几何来加以分析表达。因此,教师应当通过培养学生的数理结合思想来提升物理教学质量。
  一、运用数学观点来学习物理规律
  物理规律中通常隐藏着相应的数学思想或者观点,通过运用数学观点,学生可以更加容易的掌握物理规律。例如,在学习弹性碰撞时,教师可以运用两个完全相同的小球来进行实验,一个小球以V1的速度碰撞另一个静止的小球,其结果为第一个小球经过撞击其速度V’1为0,而第二个小球在撞击后速度为V’2=V1。该实验的目的在于检验两个相同小球撞击前后的动量守恒定理。但处于动量守恒定理下,其结果较为多样,而实验结果只有一种,即V’1=0,V’t=Vt。产生这种结果的原因时有深度的。此时,教师应当基于数学知识来指导学生运用数学方程来掌握这个结果,使问题得以处理。在物理教学中运用数学观点来帮助学生学习物理定理,不仅可以将物理难题简单化,而且能够引导学生养成正确的思维模式,从而探索出新的物理规律。
  二、借助函数图像分析物理知识
  在物理课程中存在较多的规律及理论,它们都可以通过函数﹑数学式子及语言来进行表达。一般情况下,高中物理仅仅注重数学式子及语言的运用,而忽略了函数的运用。因此,在日常教学中,教师应当重视培养学生运用函数来解决物理难题的能力,促使学生更加深入的了解物理知识及定理。
  三、运用数列知识提升物理解题能力
  高中物理所运用到的数列知识一般为等比或等差,主要是运用数列的相关公式。例如,将图书A和B分别交叉叠放在水平的桌面上,假设每一页的质量为m,A和B共计一百页,各个纸页间的摩擦力为u,A维持不变,向B施加一个向右的力F,将其抽出,求F的最小数值。
  教师可以指导学生运用数列知识来解题:当力为匀速时,F的数值为最小,等于B书各个纸页间的摩擦力总和。经过分析可知,自上而下第一页的摩擦力为f1=u mg,第二页f2=5u mg,第三页f3=9u mg,由此可知,各个纸页间的摩擦力为等差数列。根据该数列的公式,得出f100=397u mg,在运用求和公式计算出F。
  四、運用排列组合知识来培养物理思维
  排列组合具备灵活﹑独特的特征,在物理教学中运用该方法,可以培养学生的思维,提高他们分析及解决问题的能力。例如:基于n=4激发态的一些氢原子,在向较低激发态进行跃进时,可以射出多种频率不同的光子。分析与解答:其中方式主要为E4一E3,E3一E2,E2一E1,E4一E2,E3一E1,E4一E1,同时所射出的各个光子具备不同的频率,因此总共存在六种频率不同的光子。若将该题的量子更换为大于10的数值时,继续采用这种方法进行研究,会浪费过多时间且结果极易出错。因此,教师应当引导学生总结物理规律:根据相应的组合公式来计算跃进的方式数量,结果得出总共有45种频率不同的光子[1]。
  五、运用数学知识解决物理问题时应当注意的问题
  首先,在物理教学过程中,教师应当积极引入数学知识。物理教学的目的在于教会学生物理知识及在日常生活中的实际运用,而我们解决问题的手段就是数学,因此在教学过程中积极引入数学知识以提升学生的能力。但我们应当注意到初中所学习的物理知识较浅,所用数学知识也不够深入,我们只需引入与物理知识点相关的数学知识,否则就会出现喧宾夺主的现象。其次,应当借鉴学生熟悉或者极易了解的数学知识。在将其运用到物理教学过程中,学生能够轻松的接受,这对教师实现教学目标及提高学生能力具备较大的意义。在分析物理变量的变化情况时一般会运用曲线方法,一较为直观,二极易绘制。尽管初中生尚未涉及到该部分的内容,但是在进行水沸腾的实验时,将曲线的描绘办法介绍给学生,该方法能够有效的研究实验数据。大量实验证明,学生极易接受这部分内容,最关键的在于学生掌握了一种有效的学习办法。最后,应当重视物理意义。例如:在计算力学的过程中,若结果为负值,就不能随意处理,应当加以详细的分析,因为这代表着实验数据与假设结果相反。在计算电阻时有可能出现两种结果,另外质量的数值有可能为负值,两点之间的距离应当去正值等等,这些都需要进行验证,否则将会失去意义[2]。
  六、结语
  基于数学知识来引导学生运用数学知识来处理物理难题,这是培养学生数理结合能力的主要内容。一旦具备这种能力,学生就会更加深入的理解物理知识,也能够提升自身的数学水平,最终实现以数学知识来分析物理习题的目的。数理结合思想能够激发学生的新思维,同时教师应当了解,尽管数学知识是解决物理难题的重要手段之一,但在运用其解决物理难题的时候,教师及学生应当注重物理规律及理论,只有如此,数学与物理才能较好的融合,学生的解题能力才能不断提升。
  【参考文献】
  【1】常丽丽.运用数学知识解决高中物理问题的探索[J].新校园(中旬), 2017(5):123-123.
  【2】苏桂芬.巧用数学方法解决物理问题[J].现代交际,2016(2):211-211.
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