“向量在物理中的应用举例”应突出向量的工具性

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  摘要:人教A版必修4“向量在物理中的应用”中的例、习题的解答,可以不涉及直角三角形知识,直接用向量运算解决向量问题,使解答过程更为简洁,使学生更深刻地体会向量的工具性.
  关键词:必修4;向量;物理
  G633.7
  向量在物理中的应用,实际上是把物理问题转化为向量问题,然后通过向量运算解决向量问题,最后再用所获得的结果解释物理现象【1】.围绕此目标,人教A版必修4在“2.5.2 向量在物理中的应用举例”中给出了例3、例4及习题4(A组)三道题,三道题的解答都用到直角三角形的知识,笔者认为可以不用直角三角形运算,而是直接用向量的知识进行运算,使过程更为简洁,让学生更深刻地体会向量的工具性.
  例1(人教A版必修4第111页例3) 在日常生活中,你是否有这样的经验:两个人共提一个旅行包,夹角越大越费力;在单杠上做引体向上运动,两臂的夹角越小越省力,你能从数学的角度解释这种现象吗?
  课本的解答:不妨设 ,由向量的平行四边形法则,力的平衡以及直角三角形的知识,可以知道
  通过上面的式子,我们发现:当 由 逐渐变大时, 由 逐渐变大, 的值由大逐渐变小,因些 由小逐渐变大,即 之间的夹角越大越费力,夹角越小越省力.
  修改的解答:不妨设 ,由向量的平行四边形法则,力的平衡的知识,有
  即
  将上面的式子两边平方得
  以下同课本的解答.
  例2 (人教A版必修4第112頁例4) 一条河的两岸平行,河的宽d=500m,一艘船从A处出发到河对岸,已知船的速度 ,水流速度 ,问行驶航程最短时,所用时间是多少(精确到0.1min)?
  课本的解答: ,
  所以 .
  答:行驶航程最短时,所用时间是3.1min.
  修改的解答:由 得
  所以
  以下同课本的解答.
  例3(人教A版必修4第113页A组第4题) 平面上三个力 作用于一点,且处于平衡状态, 与 的夹角为 ,求:(1) 的大小;(2) 与 夹角的大小.
  教参的解答:设 的合力为F,F与 的夹角为 ,则
  的夹角为 .
  说明:由于没有学习正弦定理、余弦定理,可有如图所示的方法作高求解.
  修改的解答:(1)由 得 ,
  所以 ,
  即 .
  (2) 设 与 夹角为 ,由 得 ,
  则 ,
  所以, 与 夹角的大小为 .
  例4(人教A版必修4第113页B组第2题) 一条河的两岸平 行,河的宽度
  d=500m,一艘船从A出发到河对岸,已知船的静水速度 水流速度
  2km/h.要使船行驶的时间最短,那么船行驶的距离与合速度的比值必须最小,此时我
  们分三种情况讨论:
  (1) 當般逆流行驶,与水流成钝角时;
  (2) 当船顺流行驶,与水流成锐角时;
  (3) 当船垂直于对岸行驶,与水流成直角时.
  请同学们计算上述三种情况,是否当船垂直于对岸行驶时,与水流成直角时,所用时间最短.
  教参的解答:设 与 的夹角为 ,合速度为 , 与 的夹角为 ,行驶距离为d,则 , .
  所以,当 时,即船垂直于对岸行驶时所用时间最短.
  修改的解答:设 与 的夹角为 ,合速度为 , 与 的夹角为 ,行驶距离为d,则 , , , .
  .
  所以,当 时,即船垂直于对岸行驶时所用时间最短.
  说明:修改的解答稍有计算量,但用向量运算代替了直角三角形运算,同时,不需要分三种情况讨论,解题思路显得更为干净.
  例5(人教A版必修4第119页第14题) 如图所示,支座A受 两个力的
  作用,已知 与水平线成 角; 沿水平方向;两个力的合力
  100N,求角 以及合力F与水平线的夹角 .
  解:由 得
  所以, ,
  由 得
  所以, .
  参考文献:
  [1]人民教育出版社 课程教材研究所 普通高中课程标准实验教科书 第101-107页
  [2]中学数学课程教材研究开发中心 数学必修4 A 教师教学用书
  作者简历:
  申俭生,男,1965.3,汉族,湖南省祁阳县人,本科,湖南永州市三中校长助理,中学高级教师,主要研究方向为中学数学教学.
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