论数学技巧在初中物理中的应用

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  对于数字的应用能力一直是初中物理考查的基本考察点,每年中考都有数字计算题出现在中考试卷中,选择题、填空题和计算题都是考查的范围,虽然计算难度并不算大,但每年中考中因为计算失分的学生确实大有人在。可以说,因为计算能力失分而被“淘汰”掉的学生还是有不少人数的。
  1列方程求解的思想
  随着教育改革进程的加快,初中物理教学对于计算能力的要求又有所提高,不再是单一性的考查简单计算,更多考查的是学生对于数学的应用能力,考查形式如科学计数法和利用数学知识解方程和比值法等。
  比如在密度计算、比热容等相关知识,特别喜欢考查学生对于科学技术中数量级的考查,例如2014年北京中考物理试题中,第22题、第24题、第31题就连续3道题出现了对学生科学计数法的计算要求,并且在评分细则中明确要求,数量级错误不得分。而38题压轴计算题的最后一问,求“物体M1受到的重力G”,若用常规的计算方法较复杂,如果用解方程的方法来解题,则解题思路会清晰明了得多。又如2013年呼和浩特的中考试卷中的计算题,“如图1所示,当电源两端的电压为6 V时,[TP6CW78。TIF,Y#]电流表的示数为0。6 A;当电源两端的电压为5 V时,电压表的示数为2。0 V。求:电阻R1和R2的值。”(图1)这道题用常规的方法解题步骤非常繁杂,按一般中学生的做题速度来算,至少需要10分钟才能完成,这其中还有大量的计算夹杂其中,但是这道题如果用欧姆定律解方程组的方法来解题,则思维和计算都非常简单,3分钟就可以得出完美答案。
  2学会作图能帮助理解
  初中物理的作图题并不算多,不像高中那样有大量的受力分析和相对运动都需要作图来辅助解题,也就是因为这个原因,很多教师在教学时对学生的要求并不高,除了光学、力学和电磁学中必须掌握的作图外,对学生的其他作图基本没有太多要求,原因是反正也不考。实际上,中考的作图解答题确实较少,但作图的标准性对于学生理解新知识和帮助解题却有着非常重要的意义。
  例如初中人教版八年级上册第五章第3节《凸透镜成像的规律》这一节,对于凸透镜成像是成实像还是虚像,正立还是倒立、放大还是缩小,很多学生都难以理解,加上学生又是刚接触物理不久,抽象想象能力还十分有限,于是各路参考书上就出现了各种“妙记”的口诀和归纳详尽的表格,老师对于很多学生也是要求会记会背即可,但是大部分学生既不知道这些结论是怎么来的,也容易忘记结论,即使记住了也不会应用。所以很多即便临近中考的准毕业生,对于凸透镜成像规律的知识还是全然不懂。
  [JZ][HT6]表1[BG(!]
  [BHDFG4,WK6,K9,K6,K6W]
  物体到凸透镜的距离u[][ZB(][BHDG2,WK9]像的性质[BHDG2,K3\。3W]正倒[]大小[]虚实[ZB)]
  []像到凸透镜的距离v[]应用
  [BHDG2,WK6,K3\。3,K6,K6W]
  u>2f[]倒立[]缩小[]实像[]2f>v>f[]照相机
  [BH]u=2f[]倒立[]等大[]实像[]v=2f[]间接测焦距
  [BH]2f>u>f[]倒立[]放大[]实像[]v>2f[]投影仪
  [BHG2,WK6,K9,K6,K6W]u=f[]不成像
  [BHG2,WK6,K3\。3,K6,K6W]uu[]放大镜
  [BHDG3,WK6,K21ZQW]巧记规律[][HJ*3]一倍焦距分虚实,二倍焦距分大小;成实像时,物近像远像变大,物远像近像变小[HJ2mm]
  [BG)F][HJ1。15mm]
  实际上,规范作图,从简单易懂的特殊状态出发,然后推广结论,再加上生活经验类比联想,这些规律是很容易理解和记忆的。如图2中u=2f的情况,两三角形全等,所以构成的像为等大倒立实像,且u=v=2f,而图3为u=f的情况,因为通过凸透镜的两束光完全平行,永不相交,所以不成像。抓住这两个特殊位置的成像情况,再比较其余三种物距成像规律,借助于图形,就很容易理解和记忆了。不仅如此,物距与像距的具体关系都能一目了然。
  [TP6CW79。TIF,BP#]
  3数理结合成为解题妙招
  基于现在学生的学习能力普遍提高,随着多次教学改革,学生学习知识的内容和难度都有所增加,有些70后、80后们在高中才学习的知识,现在初中就已经开始涉及到,正因为如此,数理结合的解题模式近年来越来越成为各省市中考的“宠儿”。数理结合题型由于结合了数学和物理两门学科的知识,所以题目难度一般不大,而且多数题目用纯物理方法也可以解决,但是过程繁杂,如果用好了数学方法,不仅解题快得多,而且可以达到举一反三的效果。
  控制变量法一直是初中物理常用和常考的实验方法,但真正能理解控制变量法的学生并不多,大多数学生都只停留在实验填空阶段。实际上,将控制变量的方法融入思想之中,我们就会发现这五个字不仅是实验题填空的一个答案,其实在很多计算题型中应用也非常广泛。以2014年绥化的题目为例:
  [TP6CW80。TIF,Y#]
  用两个相同的“热得快”,分别给质量、初温都相同的甲、乙两种液体同时加热,两液体的温度随时间变化关系的图象如图4所示。根据图象可知,甲液体的比热容[CD#3]乙液体的比热容(选填[HJ1。4mm]“大于”、“小于”或“等于”)。如果乙液体是水,那么质量为500 g,初温为20 ℃的乙液体吸收1。89×105 J的热量,乙液体的温度升高了[CD#3]℃(气压为一标准大气压)。
  本题是一个典型的考查比热容知识的基础题,但命题人在出题方式上做了一点变化,即没有给太多的直观数据,而是用一个坐标图的形式给出解题时需要的条件。对于此题的第一空,可以按常规从坐标图中找数据,通过计算来比较甲液体与乙液体的比热容大小,但计算量繁杂,而且对于考场上争分夺秒,花时间在这个上面实在划不来。这里我们就可以用到控制变量法的思想,先看坐标图,纵轴表示液体的温度变化量,横轴表示加热时间,即甲、乙两种液体吸收热量的多少,由热量的计算公式Q吸=cm(t-t0)可以看出,如果控制好质量m与吸收的热量Q吸,那么比热容c就与温度的变化量(t-t0)成反比,所以我们只需要在坐标图上画一条竖直的辅助线(如图5),即控制了甲、乙两种液体吸收的热量Q吸, 一眼就可以看出甲液体的温度变化大,所以甲液体的比热容较小。当然我们也可以在坐标图上画一条横线,以控制两种[LL][HJ1。35mm]液体的温度的变化量(t-t0)相同,通过比较吸收热量的多少来比较二者的比热容大小。
  [TP6CW81。TIF,BP#]
  这种控制变量的解题方法不仅适用于热学知识,在电磁学、力学等所有需要控制变量的题型中都是非常实用的。只要掌握了这个方法,可以说能举一反三,对于初中物理的很多知识都是方法通用的。
  初中物理知识含量虽然不是特别多,而且大多数知识还只是停留在感性阶段,但是毕竟涉及到力、热、光、电、磁等多方面知识,加上学习时间又只有2年时间,所以对年龄尚小的初中生来说还是有一定难度,抽象的学习物理可能会有一些难度,如果能合理地将学生熟悉的数学知识渗透到物理学习中来,会降低学生的学习难度,有利于学生将来进入高中学习,为学生的终生发展奠定好的基础。
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