2012年高考物理专题8 数学方法在物理中的应用

2012年高考物理专题8 数学方法在物理中的应用

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1、第8专题 数学方法在物理中的应用方法概述数学是解决物理问题的重要工具,借助数学方法可使一些复杂的物理问题显示出明显的规律性,能达到打通关卡、长驱直入地解决问题的目的.中学物理《考试大纲》中对学生应用数学方法解决物理问题的能力作出了明确的要求,要求考生有“应用数学处理物理问题”的能力.对这一能力的考查在历年高考试题中也层出不穷,如2009年高考北京理综卷第20题、宁夏理综卷第18题、江苏物理卷第15题;2008年高考四川理综卷第24题、延考区理综卷第25题、上海物理卷第23题、北京理综卷第24题等.所谓数学方法,就是要把客观事物的状态、关系和过程用数学语言表

2、达出来,并进行推导、演算和分析,以形成对问题的判断、解释和预测.可以说,任何物理问题的分析、处理过程,都是数学方法的运用过程.本专题中所指的数学方法,都是一些特殊、典型的方法,常用的有极值法、几何法、图象法、数学归纳推理法、微元法、等差(比)数列求和法等.一、极值法数学中求极值的方法很多,物理极值问题中常用的极值法有:三角函数极值法、二次函数极值法、一元二次方程的判别式法等.1.利用三角函数求极值y=acosθ+bsinθ=(cosθ+sinθ)令sinφ=,cosφ=则有:y=(sinφcosθ+cosφsinθ)=sin(φ+θ)所以当φ+θ=时,y有

3、最大值,且ymax=.2.利用二次函数求极值二次函数:y=ax2+bx+c=a(x2+x+)+c-=a(x+)2+(其中a、b、c为实常数),当x=-时,有极值ym=(若二次项系数a>0,y有极小值;若a<0,y有极大值).3.均值不等式对于两个大于零的变量a、b,若其和a+b为一定值p,则当a=b时,其积ab取得极大值;对于三个大于零的变量a、b、c,若其和a+b+c为一定值q,则当a=b=c时,其积abc取得极大值.二、几何法利用几何方法求解物理问题时,常用到的有“对称点的性质”、“两点间直线距离最短”、“直角三角形中斜边大于直角边”以及“全等、相似三

4、角形的特性”等相关知识,如:带电粒子在有界磁场中的运动类问题,物体的变力分析时经常要用到相似三角形法、作图法等.与圆有关的几何知识在力学部分和电学部分的解题中均有应用,尤其在带电粒子在匀强磁场中做圆周运动类问题中应用最多,此类问题的难点往往在圆心与半径的确定上,20确定方法有以下几种.1.依切线的性质确定.从已给的圆弧上找两条不平行的切线和对应的切点,过切点作切线的垂线,两条垂线的交点为圆心,圆心与切点的连线为半径.2.依垂径定理(垂直于弦的直径平分该弦,且平分弦所对的弧)和相交弦定理(如果弦与直径垂直相交,那么弦的一半是它分直径所成的两条线段的比例中项)

5、确定.如图8-1所示.图8-1由EB2=CE·ED=CE·(2R-CE)得:R=+也可由勾股定理得:R2=(R-CE)2+EB2解得:R=+.以上两种求半径的方法常用于求解“带电粒子在匀强磁场中的运动”这类习题中.三、图象法中学物理中一些比较抽象的习题常较难求解,若能与数学图形相结合,再恰当地引入物理图象,则可变抽象为形象,突破难点、疑点,使解题过程大大简化.图象法是历年高考的热点,因而在复习中要密切关注图象,掌握图象的识别、绘制等方法.1.物理图象的分类整个高中教材中有很多不同类型的图象,按图形形状的不同可分为以下几类.(1)直线型:如匀速直线运动的s-

6、t图象、匀变速直线运动的v-t图象、定值电阻的U-I图象等.(2)正弦曲线型:如简谐振动的x-t图象、简谐波的y-x图象、正弦式交变电流的e-t图象、正弦式振荡电流的i-t图象及电荷量的q-t图象等.(3)其他型:如共振曲线的A-f图象、分子力与分子间距离的f-r图象等.下面我们对高中物理中接触到的典型物理图象作一综合回顾,以期对物理图象有个较为系统的认识和归纳.图  象函数形式特例物理意义y=c匀速直线运动的v-t图象做匀速直线运动的质点的速度是恒矢量.y=kx①匀速直线运动的s-t图象②初速度v0=0的匀加速直线运动的v-t 图象(若v0≠0,则纵截距

7、不为零)③纯电阻电路的I-①表示物体的位移大小随时间线性增大.②表示物体的速度大小随时间线性增大.③表示纯电阻电路中I20U图象随导体两端的电压U线性增大.y=a-kx①匀减速直线运动的v-t图象②闭合电路中的U-I图象(U=E-Ir)①表示物体的速度大小随时间线性减小.②表示路端电压随电流的增大而减小.y=·x(双曲线函数)①由纯电阻用电器组成的闭合电路的U-R图象(U=R)②在垂直于匀强磁场的[XCzt71.tifBP]导轨上,自由导体棒在一恒定动力F的作用下做变加速运动的v-t图象①表示纯电阻电路中电源的端电压随外电阻而非线性增大.②将达到稳定速度v

8、m=.y=kx2(抛物线函数)①小灯泡消耗的实际功率与外加电压的P

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