物理学中是怎样运用数学工具的

作者&投稿:闻毛 (若有异议请与网页底部的电邮联系)
大学物理课程中主要应用的数学工具是什么?~

大一上基本都会学到微积分和线性代数,这两门数学课程的学习为大学物理的学习就做了一定的准备(我甚至以为我学微积分就是为了学大物之类,计算机专业专门用这个比较少的,更多是用到离散数学的一些东西)。因为大学物理会涉及到很复杂的矢量以及很多的方程组,因此为了解决大量方程组运用线性代数是必不可少的,比如克拉默法则就是很有用的一条。同时很多物理量的含义都是某些更加基础量的积分,因此积分的学习也是必要的。很多高中时候的微元法什么的,如果在学习了完整的积分学的话,是很好理解和掌握的。

数学是物理中的一种重要工具,物理概念定量的阐释都需要数学公式的表达,随着物理概念的深入,所需要的数学知识也相应的提高,物理的最前沿是和数学紧密联系的,两者相辅相成,互相推动发展。例如,物理系大三时候需要学习的《数学物理方法》,就是以后物理科研需要的基础工具,再比如更深入的《物理学家用的微分几何》等等。
热力学中重要的基础公式就是个偏微分方程, 很多流体力学都牵涉到了复杂的偏微分方程组。

       数学是物理学的语言和工具,概括物理现象、形成物理概念、整理实验数据、进行逻辑分析、建立物理定律、利用数学图像展示物理规律等等物理学的研究和学习过程都离不开数学,而数学知识在初中物理中也展现了非凡的作用。以下就是数学工具在物理学中运用的具体表现:


  一、利用不等式(组)求凸透镜的焦距取值范围


  根据一定条件求凸透镜的焦距的取值范围,对于初中学生来说的确有困难,运用不等式(组)的知识来解这类问题,就会使问题化难为易了。


  例如:某同学将一支点燃的蜡烛放在距凸透镜375px处时,在光屏上得到一个缩小的像,当蜡烛距透镜225px时,在光屏上得到一个放大的像,试求凸透镜的焦距的取值范围.


  分析:根据凸透镜成像规律,首先要求学生由所给成像的性质找到对应的物距与焦距的关系,成放大实像时,,成缩小实像时,,再将已知条件代入上述关系式可得:



  解得不等式组,得到


  答案:


  二、利用比例法来解物理问题


  比例法就是用比例式来解物理题的方法,在解题中,依据物理定律、公式或某些量相等,成多少比例等,用比例式建立起未知量和已知量之间的关系,再利用比例性质来计算未知量的方法。比例法解题在许多情况下是很简单的,只要比量的单位相同就可求解,不必统一为国际单位。


  例如:2006年3月1日,我国开始实施彩能效新标准,规定待机功率高于9W的彩电不能进入市场销售。小明想了解家中彩电是否符合新能效标准,他将100W的灯泡单独接入电路中,观察电能表1min转了5转;再让这能彩电单独接入电路中并处于待机状态,电能表5min转了2转,由此判断该彩电的待机功率为_____W。


  分析:这个是个典型电学计算题,如果按常规应这样计算:


  W1=Pt=100W×1×60s=3.0×104J=


设电能表的转速是N rev/kw·h  可列出算式:



  这样我们可以用数学知识解得:N=3000rev/


  那么彩电待机时5min消耗的电能是:


  P2==/=0.008kw=8W


  由此可以判断出这台彩电符合国家新标准。


  但我们如果仔细的分析研究这个题目会发现如果用比例的方法则可以简化计算。


  解法如下:我们可以设彩电的待机功率为



  一步就可以解出=8W,可以看出利用比例法大的简化的过程。不过对此进行处理时对学生的数学基础要求非常高。


  而其它的如:某电热器通过的电流为0.5A时,在时间t内放出的热量为Q,如果通过它的电流增大为1.5A,则在相同时间内放出的热量是___________。


  分析:这个物理题目考察的是焦耳定律,那么要本题中,设电流为0.5A时,所有的物理量带下标1,而当电流为1.5A时带下标为2,则



  


  因为在本题中电热器相同,也就是说=,而加热相同时间也说明t1=t2,那么上述两式一比就要得出Q2=9Q1。


  当然比还在密度,速度等物理题目中出现,有兴趣的同学可以自己发现。


  三、三角函数的应用


  三角函数在初中物理学中用得不多,高中用得就比较普遍了。其解答流程大致是:审读题意→设角建立三角式→进行三角变换→解决实际问题。



  例如:如图示,当以方向始终水平的力F缓慢地使竖直杠杆移到水平位置,在此过程中力F的大小情况是?


  分析:在本题目中我们首先作出力臂,然后由杠杆平衡条件列出方程式。我们任意取一中间过程设杠杆和竖直虚线成角,杠杆长为L,杠杆自身重力为G,


  则由数学知识我们可以列出方程式:



最后我们解得:F=


这样由三角函数知识我们可以分析研究出力F的变化情况是渐渐增大。


  四、数形结合的数学思想在物理学中应用广泛


  在物理中常采用数学图像方法,把物理现象与物理知识之间的关系表示出来,如物态变化一章节中采用温度—时间图像表达物态变化中晶体的熔化、液体的沸腾的特点。涉及到的图象有晶体的(非晶体的)的熔化图象、水的沸腾图象等。图象法具有直观、形象、简捷和概括力强的独特优点,它能将物理情景、物理过程、物理状态以直观的方式呈现在我们面前。


  用图像法解题的一般步骤是:(1)看清图像中横坐标、纵坐标所表示的物理量;(2)弄清坐标上的分度值;(3)明确图像所表达的物理意义,利用图像的交点坐标、斜率、截距交点和图像与坐标所包围的面积等,进行分析、推理、判断和计算;(4)根据图像对题目中进行数据计算或者做判断性结论。


例如:小王同学做“比较两种材料保温性能”的实验,他取①和②两种保温材料,两支相同的温度计,两个相同的大玻璃烧杯,钟表和初温相同、质量相等的热开水,以及细线、硬纸片、剪刀等,做两个外形相同的保温装置,其中一个如图(a)所示。然后在相同环境的房间里同时开始做实验。他根据实验测得的数据绘得图(b)所示的“水温与时间关系”图像.实验过程中室温保持不变,请你回答:


  (1)①和②哪种材料的保温性能好?答:_________________(选填①或②)。


  (2)对于同一保温材料内的水,在10min到20min时间内放出的热量________20min到30min时间内放出的热量(选填“大于”、“等于”或“小于”)。


  (3)在整个实验过程中,①保温材料内的水放出的热量__________;②保温材料内的水放出的热量(选填“大于”、“等于”或“小于”)。



  分析:如图示我们按上述步骤先观察横坐标、纵坐标分别表示时间和温度,第二步是观察分度值看清题目的要求。要看到时间的分度值是一大格表示10分钟,一小格表示5分钟,而温度是一大格表示10℃这样对第二问有帮助。还有最后图像的起点和终点重合表明了第三问的意图。


  答案:(1)①;(2)大于;(3)等于。


例如:A、B两车的质量相等,它们行驶过程中的路程与时间图像如图所示,则下列说法正确的是(    )


  A.在行驶过程中,两车的动能始终相等


  B.在行驶过程中,A、B两车都受到平衡力的作用


  C.若它们在同一平直公路上向东行驶,以B车为参照物,则A车向西行驶;


  D.若两车行驶过程中受到的阻力相等,则A、B两车的功率之比为4:9



  本题目答案:B


  而实际上,在物理学中密度,运动的快慢,光学中还大量涉及到数形结合.


  五、逆向思维能力在物理学中有不可磨灭的作用


  逆向思维是一种反向考虑问题的方法,应用时有逻辑反向、顺序反向、路径反向等各种具体应用方法,应用逆思法,我们可以从事物发展的结果来探究事物发展的原因,可以将事物发展的过程颠倒过来考虑问题,可以逆着事物发展的时间顺序去考虑问题。应用逆向思维我们可以突破常规的思维方式,巧妙分析问题并简洁地解决问题,取得意想不到的效果。如:满足二力平衡条件的物体一定也处于平衡状态,反过来,处于平衡状态的物体也一定满足于二力平衡的条件。再如:电能生磁,磁也能生电,还有光路可逆等都应用到这种思维模式。


  物理学是一种高层次、高品位的文化,是现代文明的一个重要组成部分。我们要学好,学会还要形成分析问题解决问题的科学思想方法,灵活的技巧,独立创新的意识,提高效率的物理窍门等。通过物理思想方法的训练,能够使人们通过各种方式体察前人的科学精神与实事求是的作风。而这一切都离不开数学这块的奠基石,也许这就是我们到八年级才学物理的原因吧。

       最后,预祝同学你早日学业有成!



数学工具啊?那刻度尺算不算,我知道物理实验里,有许多都用到尺啊,秒表啊。如测量小车的加速度等等

  •  随时 随地

  • 无论何时  何地

  • 都在运用

  • 牛顿定律:  F=ma

  • 这也是运用



  初中物理中,需要应用的数学知识主要是解方程和平面几何(光学)。学好数学对物理课很重要的。


学习初中物理要具备数学哪方面的基础知识
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数学的作用是什么优选汇总37句
14、在数学中,一个方程是一个包含一个或多个变量的等式的语句。求解等式包括确定变量的哪些值使得等式成立。变量也称为未知数,并且满足相等性的未知数的值称为等式的解。15、如果有人问这个问题,那么就回答“学数学没用”,因为数学本身就不是实用学科,如果你都怀疑数学的用处了,那么数学对你来说,确实没有意义,...

考研中理学数学指的是什么
当然是数学一 考研数学分数学一,数学二,数学三 工科和理科考的都是数学一和数学二,经济类管理类的是数学三,

榆树市14738444635: 数论在物理学中有哪些具体应用 -
笃郊保儿: 数学理说在物理学中有着广泛的应用.具体来讲:物理中的公式推导及演化论证、力学中速度、匀加减速度、时间 、距离之间的关系要用到数学理论.电学、光镜的折射要用到三角函数的计算,电学、磁场学的公式推导要用到三角函数、导数、微分、 积分学.等等举不胜举.

榆树市14738444635: 数学在物理上的应用有哪些(急用!) -
笃郊保儿: 不晓得你是要写文章还是准备什么比赛、考试?我按照写文章的思路给点建议吧: 1,核心 数学作为物理学最根本的工具,为物理学的发展作出了极大的贡献.作为解决时空与物质运动问题的学科,物理学和其中纷繁复杂的问题从提 出、抽象...

榆树市14738444635: 数学知识在物理上的应用探索 -
笃郊保儿: 你好!数学是物理的基础,他为物体提供思路指导和方法解答.首先数学可以帮助建立物理模型,从而进一步简化,使题意更加清晰易懂,方便简答.再次,数学为物体提供一系列基本的算法和基本思想:方程思想,代数思想,微分思想等等,如果你尝试研究物理竞赛,高等数学中的微分积分可以解决很多物理问题,是很重要的思想方法.祝你物理数学学习进步!希望对你有帮助!

榆树市14738444635: 数学在物理中的运用!
笃郊保儿: 也可以去看看数学物理方程啊!数学主要是作为物理的工具去定量解决物理问题,为物理服务的同时,也发展出许多数学分支.比如牛顿为了解决物理中的距离问题而发明了微积分,也就是说当物理遇上解决不了的数学问题时可以发明数学规则,反之数学自身也有其研究的内容.很早以前数学物理都称为《自然哲学》,慢慢才分离成各个学科,这方面的资料很多!

榆树市14738444635: 物理学中运用到那些数学知识(越详细越好)??
笃郊保儿: 几乎所有的数学知识都可以运用到物理学中,除了个别纯抽象的数学理论. 几何不用说了,力学电学运动学什么都可以用. 代数也是解决物理方程式很重要的工具,特别是近代天文物理和量子物理学.各种高次多项式的运算更是重中之重.

榆树市14738444635: 数学在物理学的应用 -
笃郊保儿: 力的概念最初是具有人类自身生物学意义上的,类比地面物体的推一推动一动是力所致,所以人们总是以人为力去理解自然力.物质世界是以自然力而运动着的,然而我们却用人为惯性机械论的思想观点去类比对待自然界显然是不妥的,力被定...

榆树市14738444635: 有哪些数学方法在初中物理中的应用 -
笃郊保儿: 初中物理的应用方法 研究物理的科学方法有许多,经常用到的有观察法、实验法、比较法、类比法、等效法、转换法、控制变量法、模型法、科学推理法等.研究某些物理知识或物理规律,往往要同时用到几种研究方法.

榆树市14738444635: 物理学中运用到的哪些数学知识?? -
笃郊保儿: 很多,基本上物理和数学不分家的.不如说物理上最常用的微积分,还有其他比如说函数的思想,导数,解析几何等等,可以说数学上的东西你想用到物理上就能用的上

榆树市14738444635: 向量怎样在物理学中应用 -
笃郊保儿: 向量是数学名词,在物理学中称为矢量;首先应该从数学中弄清向量的定义、运算(和差、乘积:点乘、叉乘)然后总结物理中的常见的矢量及其运算(矢量和差平行四边形定则)等最后点出数学作为工具学科在物理中的重要性和意义:如物理中常用图像、公式、方程等数学语言表达物理概念规律等等.这是我个人的想法,希望对你有所帮助或启发!

榆树市14738444635: 微积分在物理学中的应用有哪些? -
笃郊保儿: 微积分在物理学中的应用物理学是定量科学,所以在物理学中广泛地使用数学,可以说数学是物理学的语言.可见,物理学是离不开数学的,因为数学为物理学提供了定量表示和预言能力,在相当长的一段时间里,数学与物理几乎是不可分割...

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