数学方法在物理中的应用.docx

1、数学方法在物理中的应用数学方法在物理中的应用所谓数学方法，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yacos bsin (cos sin )令sin ，cos 则有：y(sin cos cos sin )

2、sin ()所以当时，y有最大值，且ymax2利用二次函数求极值二次函数：yax2bxca(x2x)ca(x)2 (其中a、b、c为实常数)，当x 时，有极值ym(若二次项系数a0，y有极小值；若a0，这与事实不符合，故D错误，只有B可能正确答案B【点评】本例与2008年高考北京理综卷第20题相似，给出某一规律的公式，要求证它的正确性，这类试题应引起足够的重视例6如图87所示，一轻绳吊着一根粗细均匀的棒，棒下端离地面高为H，上端套着一个细环棒和环的质量均为m，相互间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力kmg(k1)断开轻绳，棒和环自由下落假设棒足够长，与地面发生碰撞时触地时间极短，无动能损失棒在整个运

3、动过程中始终保持竖直，空气阻力不计求：图87(1)棒第一次与地面碰撞后弹起上升的过程中，环的加速度(2)从断开轻绳到棒与地面第二次碰撞的瞬间，棒运动的路程s(3)从断开轻绳到棒和环都静止的过程中，摩擦力对环和棒做的总功W2007年高考江苏物理卷【解析】(1)设棒第一次上升的过程中环的加速度为a环，由牛顿第二定律有：a环(k1)g，方向竖直向上(2)棒第一次落地前瞬间的速度大小为：v1设棒弹起后的加速度为a棒，由牛顿第二定律有：a棒(k1)g故棒第一次弹起的最大高度为：H1路程sH2H1H(3)解法一设棒第一次弹起经过t1时间后与环达到共同速度v1环的速度v1v1a环t1棒的速度v1v1a棒t1

4、解得：t1v1环的位移h环1v1t1a环t12H棒的位移h棒1v1t1a棒t12Hx1h环1h棒1解得：x1棒、环一起下落至地，有：v22v122gh棒1解得：v2同理，环第二次相对棒的位移为：x2h环2h棒2xn故环相对棒的总位移xx1x2xn所以Wkmgx解法二经过足够长的时间棒和环最终静止，设这一过程中它们相对滑动的总路程为l，由能量的转化和守恒定律有：mgHmg(Hl)kmgl解得：l故摩擦力对环和棒做的总功为：Wkmgl答案(1)(k1)g，方向竖直向上(2)H(3)【点评】高考压轴题中常涉及多个物体多次相互作用的问题，求解这类题往往需要应用数学的递推公式或数列求和知识一对滑动摩擦力

5、做功的总和Wfs总，s总为相对滑动的总路程对于涉及两个对象的运动过程，规定统一的正方向也很重要例7如图88所示，两平行的光滑金属导轨安装在一光滑绝缘斜面上，导轨间距为l、足够长且电阻忽略不计，导轨平面的倾角为，条形匀强磁场的宽度为d，磁感应强度大小为B，方向与导轨平面垂直长度为2d的绝缘杆将导体棒和正方形的单匝线框连接在一起组成“”形装置，总质量为m，置于导轨上导体棒中通以大小恒为I的电流(由外接恒流源产生，图中未画出)线框的边长为d(dl)，电阻为R，下边与磁场区域上边界重合将装置由静止释放，导体棒恰好运动到磁场区域下边界处返回，导体棒在整个运动过程中始终与导轨垂直重力加速度为g求： (1)

6、装置从释放到开始返回的过程中，线框中产生的焦耳热Q(2)线框第一次穿越磁场区域所需的时间t1(3)经过足够长时间后，线框上边与磁场区域下边界的最大距离xm2009年高考江苏物理卷【解析】(1)设装置由静止释放到导体棒运动到磁场下边界的过程中，作用在线框上的安培力做功为W，由动能定理得：mgsin 4dWBIld0且QW解得：Q4mgdsin BIld(2)设线框刚离开磁场下边界时的速度为v1，则接着向下运动2d，由动能定理得：mgsin 2dBIld0mv12线框在穿越磁场中运动时受到的合力Fmgsin F感应电动势EBdv感应电流I安培力FBId由牛顿第二定律，在t到(tt)时间内，有vt则

7、 vgsin t有v1gt1sin 解得：t1(3)经过足够长时间后，线框在磁场下边界与最大距离xm之间往复运动，由动能定理得：mgsin xmBIl(xmd)0解得：xm答案(1)4mgdsin BIld(2)(3)能力演练一、选择题(104分)1图示是用来监测在核电站工作的人员受到辐射情况的胸章，通过照相底片被射线感光的区域，可以判断工作人员受到何种辐射当胸章上1 mm铝片和3 mm铝片下的照相底片被感光，而铅片下的照相底片未被感光时，则工作人员可能受到了辐射的射线是()A和 B和C和 D、和【解析】粒子的穿透能力很弱，一张普通的纸就能把它挡住，题中无法说明辐射中不含射线，能穿透1 mm、3 mm铝片而不能穿透5 mm铅片的是射线，若存在射线，则5 mm 厚的铅片也能被穿透，故A正确答案A