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物理建模、数学处理

 新用户65120Joi 2022-06-20 发布于山西
物理的世界里,数学是常客。甚至有点反客为主的味道,简单归纳一下高中物理常用的数学知识。

一.首当其冲的是向量的知识,物理上叫矢量。向量的加减乘除规则和以前学过的纯数字的运算不同,加减运用平行四边形定则。乘法分两种:点乘和叉乘。除法高中不涉及。

数学中的加减在物理中又称为合成和分解。我的感觉是为了和以前的加减运算区分吧,若还叫成加减,估计担心学习者还是按照老一套规则运算,体会不到向量的不同之处。

向量运算比标量运算麻烦,有了作图的思想了,因为数学学习向量比物理迟,而且物理一开始就学习矢量,一下子就把繁度提起来了,繁度引起的恐惧心理最后就将学习物理变得有难度了。语数外不得不学,难也得学,无论文理。而物理矢量的这个难度是高级别的,不学还有文科可选,物理的“难名”就是如此诞生的。

向量乘法物理压根就没提,但应用中确实是向量的运算规则。比如

这几个是点乘,乘积就变为标量了。

叉乘也未在教材中提及,但确实是叉乘的含义,比如磁场中的这两个力。
熟悉矢量物理量的运算规则,对运算就能顺利进行,就能起到减缓难度的作用。这也是高中物理对学生的下马威,过了这一关,就算是驶上物理学习的快车道了。

二.函数知识
物理中好多物理概念及规律,将其表达式从数学角度来看,都是函数表达式,但中学阶段,不需要像数学那样,掌握很多的函数知识。将常见的这几类函数熟练掌握了,就足以横行于物理世界。

一次函数、二次函数、正余弦函数。熟练到什么地步呢?

从表达式到图像、求导,都能做到随心所欲地运用。

一次函数、二次函数,动力学中常用。正余弦函数是处理振动、波动的数学工具。求导这个工具物理教材中倒没出现,但若掌握的话,对许多概念、规律的认识就会深入一步,若还能掌握积分,就是锦上添花了。不用关注其他函数,掌握好这几类函数足够了。

不等式、数量、指数、对数函数,出镜de的机会不大,用数学上学得足以对付。
三.几何知识

三角形、圆的知识。三角形的知识主要是处理向量的合成和分解问题,通过三角形,简化平行四边形处理矢量加减的运算问题,简化后通过正余弦定理再进行代数运算。

圆的知识主要用来处理带电粒子在磁场中的偏转问题。椭圆和曲率半径等知识在物理上应用得比较小众。

教学中发现的问题很有意思,上面列举的这些数学知识,数学上一般没什么问题,一旦运用到物理上,就有点懵。思考原因,因变量、自变量的问题在数学中比较直观的表现为x、y,但运用在物理规律上,就不是如此的显性了,表现就瞬间转向。

常用的数学也就这么多,和整个中学数学课程相比较,占比很小。在具体的物理学习中,既要关注物理的建模,同时要对建模后的数学化方程能从数学角度去求解、推导,最后再还原到物理本质上来。感觉有点像调制和解调,物理问题运用物理思维先转化为数学问题,运用数学知识解决问题后,再回归到物理本质上去。

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