例析用数学知识解答物理习题注意的问题

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  在初中物理教学中,有些问题需用数学知识解答,但在解决问题时,若"纯数学"处理,就会出现违背物理规律,使结论不符合客观实际.因此在物理教学中应注意培养学生运用好数学知识解决问题的能力.根据我的体会,在运用时应注意以下几点:
  一、四舍五入法在物理上不一定适用
  例1某电能表标有“220 V,3 A”字样,如果装“220 V,40 W”的灯,最多能安装多少盏灯?
  解:n=P总P灯=220 V×3 A40 W=16.5盏.
  从数学上分析,应取n=17盏,但从物理上考虑,若安装17盏灯泡,超过了电能表正常工作电流,将会损坏电能表,因此最多只能安装16盏灯.
  例2一根绳子最多可以承受15 N的力,想利用滑轮组担起3 N的重物,滑轮组的绳子至少需要几股绳子?
  解:n=GF=3515 N≈2.3(股)
  因为绳子股数应取整数,从数学上分析,应取2,但从物理上分析,若取2股,则绳子被拉断,故至少取3股绳子.
  二、数学观点成立的,不一定符合物理规律
  如:光的反射定律中,反射角等于入射角,而不能说入射角等于反射角;又如:数学中的式子Y=ZX中,当X为常数时,且不等于0,Y与Z成正比,Z为常数时,Y与X成反比.而物理公式中R=UI就不能理解为R与U成正比,R与I成反比.因为导体的电阻跟它两端的电压大小及通过它的电流大小无关,电阻的大小只取决于导体的材料、长度、横截面积及及温度等因素的变化.再如,ρ=mv 、c=QmΔt、q=Qm、 v=st(匀速直线运动)等都不能用上面的数学知识理解.
  三、根据公式计算出的结果在物理上不一定有意义
  例3在一个标准大气压下对20 kg 15 ℃的水加热,水共吸收8.2×106 J的热量,求水的末温.
  解:根据Q吸=cm(t-t0)得:
  t-t0=Q吸cm=8.2×106 J4.2×103 J/(kg•℃)×20 kg≈97.6 ℃
  t=97.6 ℃+t0=97.6 ℃+15 ℃=112.6 ℃.
  从数学上分析计算毫无疑义,但实际上,在标准气压下,水的沸点是100 ℃,所以当水的温度升到100 ℃时,即使继续吸热,但温度不变,因此水的末温应是100 ℃,而不是112.6 ℃.
  四、数学与物理在计算结果的表达要求上不一定相同
  例4某同学用刻度尺测量某一物体长度,先后测了四次,其值为L1=2.12 cm,L2=2.13 cm,L3=2.14 cm,L4=2.15 cm,该物体的长度的测量值是多少?
  解: =L1+L2+L3+L44=
  2.12 cm+2.13 cm+2.14 cm+2.15 cm4=2.135 cm
  从数学的要求上结果是正确的,但从物理的角度是错的,因为所求平均值的位数要符合测量的要求,所以该物体的长度的测量值应为2.14 cm.
  五、数学与物理对零值的认识不一定相同
  例5甲、乙两同学用毫米刻度尺测同一物体的长度,其数据分别是17.0 cm与17.00 cm ,谁测量结果正确?
  解析:从数学上分析,两数值相等,小数点后多一个零与少一个零都正确;但从物理的角度分析应是乙测量结果正确.测长度时要估读到分度值的下一位,因此,小数点后的第二个零不能丢掉.
  再如,数学中的式子Y=ZX,当X=0时,Y=ZX无意义,而对于物理中的R=UI,当导体中电流为零时,导体中电压亦为零,但导体的电阻仍是存在的,所以当I=0时, R=UI是有意义的.
  综上所述,在运用数学知识解决物理问题时,绝不能“纯数学”理解,而一定要根据客观事实和物理规律,科学解题,正确分析,从而更好地运用好数学,准确处理好数理结合的问题.
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