浅谈函数在高中物理中的应用(1)
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数学函数图像在初高中物理教学中的应用摘要:物理是初中教育体系中不可缺少的重要学科,对学生综合素养的提高意义重大。
由于物理教学的抽象性、逻辑性强,使得学生在学习期间很难快速掌握物理知识,致使学生的学习积极性下降。
数学函数图像的利用刚好可以解决此类问题,帮助学生找寻物理变化规律。
因此为提高教学有效性,教师应该强化对学生作图、识图、用图能力的培养,借助图像帮助学生了解物理意义,让学生灵活运用数学函数图像解决物理问题。
关键词:数学函数图像;初高中物理教学;应用引言在初中物理教学中,将数学函数图像灵活应用其中,除了可以形象且直观地展现知识外,还能动态呈现出物理变化规律,帮助学生快速掌握物理概念,理清物理量之间的数量关系,准确获得物理实验结论。
因此为提高物理教学效率和质量,教师应该认识到数学函数图像在物理教学中的意义与价值,结合教学内容,合理制定数学函数图像应用策略。
一、运用数学函数图像描述物理量间的数量关系为提高初中物理教学有效性,教师在实际教学期间,应该加强对数学函数图像的利用,清晰描述物理量之间的数量关系。
而学生在对知识学习过程中,可以在短时间内将不同知识点之间的关系理清,并在依照学习内容的基础上对各个知识点加以串联,强化对知识体系的优化与健全,让知识的学习能够为系统、轻松,促进学生整体物理水平与能力的提高。
在物理学习期间,变量之间的函数关系较多,诸如正比关系、反比关系等。
通过利用数学函数图像开展物理教学工作,可以对各个物理量间的关系直观反映出来,运用坐标轴的形式展现物理量之间的转换过程,帮助学生快速掌握与内化知识[1]。
比如:教师在对电压、电流知识点讲解过程中,为了能将电阻不变的情况下,电压与电流之间的关系直观反映出来,教师可以运用数学函数图像对知识进行讲解。
将电阻A和B结合实验数据绘制成图像具体,如图1所示.从图中可以看出,无论电阻A还是B,电压增大的情况下,电流也会随之增大,无论发生何种变化,电压与电流之间的比值不发生任何改变,比值等于该电阻的阻值,诸如R A=5Ω,R B=10Ω,即R=U/I。
第三章、函数的应用一、函数图像的应用物理规律,大都是运用函数图像,定性、定量进行研究,最后得出物理规律。
函数图像,在物理中,可以说是遍地开花。
它通过数形结合,直观、形象地反映物理过程。
加深人们对物理规律的理解,下面谈谈函数图像的应用。
分析实验数据得出物理规律在物理实验中,先采取了控制变量法,测出两个物理量的数据,然后,进行数据分析:一种是计算法,另一种是图像法。
而后一种更被人们认可,因为有些实验数据,无法通过计算,得到两个量之间的关系。
只有图像法,以两个量分别为两条坐标轴,建立直角坐标,描点画出图像,就可以通过图像,定性或定量分析它们之间的关系,得出规律。
所以函数图像,在实验数据分析中,起决定作用。
运用函数图像解决物理问题函数图像,不光是在实验数据分析中,起决定作用,而且在解决物理问题中,化难为易,化复杂为简单,起到事半功倍的作用。
例1、做匀变速直线运动的物体,在某一段时间内,经过中点时刻的速度跟经过中点位置的速度,比较谁大。
分析:假如先设初、未速度,再根据经过中点时刻的速度v与1经过中点位置的速度v分别跟初、未速度的关系,列方程,2然后,运用不等式求解,要大费周折,才能解决。
如果做出速度与时间的图像,一看就知道。
如下图两种情况,显然是中点时刻的速度小于中点位置的速度。
小结:先根据物理规律,做出函数图像,再根据图像性质,判断两个物理量之间的关系,或求出某个物理量。
运用物理规律判断函数图像例3、矩形导线框abcd固定在匀强磁场中,磁感线的方向与导线框所在平面垂直,规定磁场的正方向垂直低面向里,磁感应强度B随时间变化的规律如图所示.若规定顺时针方向为感应电流I的正方向,下列各图中正确的是分析:0—1s 。
磁感应强度变化为t B B 0=根据法拉第电磁感应定律有00SB tt SB t B S t E =∆∆=∆∆=∆∆=φ RSB i 0=(恒量)平行于t 轴,A 错。
电磁通量增大,感应电流电场与原磁场相反。
函数图象在物理教学中的应用泉港第二中学 陈小丽函数图像是一种研究物理问题的重要手段,利用函数图像将若干物理知识贯穿起对学生进行综合考查 ,既可考查学生对基本物理概念和规律的掌握情况 ,又可考查学生灵活运用知识 、分析问题、解决问题的能力。
物理图像是高考物理中能力考查的热点,在高考《考试大纲》的能力要求中“能运用函数图像进行表达、分析”是应用图像处理物理问题能力的具体要求。
在新课程物理教材中,也十分强调应用图像解决物理问题的方法,福建省自主命题以来,每年都在选择题和实验题中重点考查函数图像的应用。
针对考点及学生学习情况做以下三点分析。
一、函数图象在研究物理问题时的意义(1)直观形象、简化解题过程: 图象解法不仅思路清晰,而且直观、形象,可使解题过程得到简化,起到比解析法更巧妙、更灵活的效果。
例如在比较匀变速直线运动中的平均速度与中间位置的速度的大小关系时,用图象法解题一目了然。
如图1,平均速度即中间时刻速度V 2,中间位置的瞬时速度即面积平分时刻的速度V 1。
依据图象能很快地得出结论V 2<V 1。
(2)探究性实验数据处理时,简化数据处理,减少实验误差,容易得出实验结论。
例如,在探究弹簧的弹力与形变的关系时,做函数图象,去掉一些偶然误差的数据,很容易就得出力与形变的正比例关系。
(3)集中比较几种物理情景时,对比性强。
例如比较速度图象时,几个图象集中在一起,通过对比它们的切线(斜率),面积等,可以很清楚地知道它们加速度,位移的区别,可以比较任何一个时刻速度的大小。
二、高考中主要考查的是物理图象中的起始点,截距,极値点,交点,切线(斜率),面积。
教学中就从这几方面入手,予以明确。
(1)起始点在利用物理图像处理数据时,为了便于分析,有时要将坐标轴进行平移;在处理数据时要弄清坐标的“起始点”是否为零.如图(2)所示,用伏安法测一干电池的电动势和内阻的实验数据,根据图像判断电动势和内阻.如果没有仔细看清坐标轴的起始点,就很有可能误判电动势和内阻为1.4V 和2.8Q ,其实正确判断为1.5V 和2.5Q .(2)截距点它反映了当一个物理量为确定值时,另一个物理量的值是多少,也就是说明确表明了研究对象的一个状态。
“函数图象”在高中物理教学中的作用函数图象是指形如(自变量、因变量)的所有有序对的集合,它形象、直观、简洁明了地表征了物理量之间的关系,也是一种重要的分析与解决问题的科学方法,在高中物理的教与学中发挥着重要作用.在高中物理教学中应用函数图象,有助于学生建立并理解物理概念,促进物理规律的学习,深入分析物理实验,优化物理问题的解决,培养并发展学生的能力,彰显物理的学科魅力.1物理函数图象的基本构成及意义我们高中物理教学中涉及到的函数图象源于数学图象,由6个要素组成:坐标轴、坐标点、图线、截距、斜率和曲线与坐标轴所围成的面积.其中坐标轴是构成图象的基础,在此基础上才能存在坐标点,坐标点的运动就形成函数图线.人们用截距(边界条件)、斜率(微分、变化率)、与坐标轴所围成的面积(积分)来描述图线的种种性质.在实际的物理问题中,上述各个要素往往有着特定的物理意义,如表1所示.2函数图象在高中物理教学中的具体作用2.1应用于物理概念教学物理概念是客观事物的物理共同属性和本质特征在人们头脑中的反映,是物理事物的抽象,是观察、实验和思维相结合的产物.由于物理学中的许多概念,往往是用定量的方法来定首先,函数图象可以帮助学生深入理解物理概念的本质.一个物理概念表述通常能够以多种不同的形式呈现,如文字、公式、图象等.函数图象的直观性在于它能把物理量之间的相互依赖关系,如线性关系、反比关系、周期关系等清晰地展现在学生面前,简化了物理教学过程.其次,对一些基本概念的图象进行举一反三,有助于建立理解更复杂的物理概念.2.2应用于物理规律教学物理学的基本概念、基本规律和基本方法及其相互联系构成了物理学科的基本结构,其核心就是物理基本规律,要真正学好物理,就必须把物理基本规律掌握好.物理规律的数学式子表达就是物理公式,相对比较抽象,而物理公式的图象化表述就是函数图象,就显得形象生动得多.在进行物理规律教学时,把公式和图象联系、结合起来,把抽象的物理规律具体化、直观化,就更容易使学生理解和运用物理规律,也能有效地培养学生的思维能力.首先,函数图象能够展现物理过程的动态特征,使物理量的关系直观化,帮助学生正确地理解物理规律.例如,白炽灯的U-I图象的切线斜率逐渐变大,就表明其电阻随电压增大而增大.其次,利用平面几何知识,可以由函数图象得出许多重要的推论.2.3应用于物理实验教学物理学是一门以实验为基础的自然科学,在高中物理实验经常采用函数图象的方法来处理实验数据,通过采集数据、建立坐标系、标度描点、连线等环节,将实验过程中物体的各种状态反映到函数图象上,鲜明地表达了物理量之间的依赖关系,通过对图象的观测、推演或运算,把实验探究推向深入.这一方法在实验教学中的广泛应用,主要体现在:(1)坐标变换能显化相关的物理规律当被测量的两个物理量之间成非线性关系时,作出的图线往往隐匿了内在规律,通坐标变换就能化曲为直,显化物理本质与规律.(2)分析引起误差的原因,以便改进实验方案,最终减小实验误差.(3)图线的形状、点、斜率、截距、面积等信息,可以推定求出一些物理量.2.4应用于物理问题解决高中的物理教学中,受制于数学知识的不到位,有许多物理问题难以求解,而运用函数图象法却可达到“柳暗花明”,使疑难问题变得易于理解.另一方面,我们的教学是否最有效,往往也体现在学生对物理知识的应用,能否自主解决物理问题上,而函数图象法恰恰是妙法之一,况且高考的物理考试说明中也明确指出,考生要能恰当的运用函数图象分析和解决物理问题.所以,函数图象作为一种方法是教学中必须重视的.问题:长度为L的矩形板,以速度v沿光滑水平面上平动时,垂直滑向宽度为l粗糙地带.若板从开始受到阻力直至停止运动,所经过的路程为s,且l这个问题还是有一定难度的,不过运用函数图象法就可以轻松解决.首先画出运动的情景图,如图2所示:其次分析本题的难点:矩形板滑上粗糙地带后,板与粗糙地带的接触面积先不断增大后维持不变,直到停止运动,因为滑动摩擦力与接触面之间的压力成正比,这就意味着矩形板受到的滑动摩擦力先增大后不变.由于摩擦力是动态变化的,所以不能列动力学方程求解,也无法直接用公式求出摩擦力对板所做的功.不妨作出滑动摩擦力随位移变化的函数图象:我们以板刚滑上粗糙地带的位置作为坐标原点,图象如图3所示:通过f-x图象,可以看出板在粗糙地带移动过程中,滑动摩擦力对板所做的功就是图象中阴影部分的面积,对板运动的过程运用动能定理得:通过以上阐述,我们认为函数图象对于高中物理教学中的师生需求是有独特的价值的,我们应当充分挖掘教学内容,通过教师的主导引领,培养学生的用图意识,养成用图的习惯,加强与图有关的训练,就一定可以使我们的物理学习变得生动活泼、精彩纷呈.深化物理函数图象的应用与研究,对改进教学效果、提高教学效率、培养科学能力具有重要的意义.・高考研究・。
目录绪论 (1)1.新课改对高中生应用函数解决物理问题能力的要求错误!未定义书签。
1.1高中物理中数学的地位................. 错误!未定义书签。
1.2新课改对高中生应用数学工具解决物理问题的能力要求错误!未定义书签。
1.3新课改对高中生运用函数方法解决物理问题能力的要求错误!未定义书签。
2. 应用函数解决高中物理问题的解题策略研究... 错误!未定义书签。
2.1应用函数图像的解题策略............... 错误!未定义书签。
2.1.1隐藏在实验数据里的物理规律的解题策略错误!未定义书签。
2.1.2运用函数图象解决物理问题的解题策略错误!未定义书签。
2.1.3巧妙的运用物理规律来判断函数图像的解题策略错误!未定义书签。
2.2应用函数性质的解题策略............... 错误!未定义书签。
2.2.1函数定义域、值域巧妙应用的解题策略错误!未定义书签。
2.2.2运用物理问题变量的增减性来求解的解题策略错误!未定义书签。
2.2.3运用最大值、最小值求物理问题的极值的解题策略错误!未定义书签。
2.2.4运用周期性求物理问题的重复运动的解题策略错误!未定义书签。
3.养高中生应用函数解决物理问题能力的教学策略研究错误!未定义书签。
3.1克服惯性思维导致的负面影响的教学策略 . 错误!未定义书签。
3.2解决函数方法中数学与物理不能匹配的教学策略错误!未定义书签。
4.培养高中生应用函数解决物理问题的教学实践.. 错误!未定义书签。
结论 (18)参考文献 (19)致谢 (20)例谈函数在高中物理中的应用摘要数学的语言是科学的,它能够清晰的描述和阐述物理学的规律,是物理学不可或缺的工具。
应用数学方法解决物理问题,是高中物理学习众多目标中的一个。
在新课程改革的不断推进下,现在的高中生能够初步的应用函数的思维和方法解决物理问题。
本文从高中物理引入函数的思维方法解决物理问题的必要性与实际意义着手,分析了新课改对高中生应用函数解决物理问题的能力要求,进而对应用函数解决高中物理问题的解题策略进行了研究,总结出了几种实用的物理解题方法。
函数的应用问题函数在数学中是一个重要的概念,它是描述两个变量之间关系的一种工具。
函数可以应用于各种问题中,包括数学、科学、经济等领域。
本文将探讨函数的应用问题,并介绍一些具体的例子。
1. 函数在物理学中的应用在物理学中,函数广泛应用于描述物体的运动、力学和能量等问题。
例如,可以用函数来描述一个物体的位移随时间的变化关系。
假设一个物体在单位时间内的位移与时间的关系为函数f(t),那么可以使用函数来计算任意时间点上的物体位移。
2. 函数在经济学中的应用在经济学中,函数被用来描述供需关系、成本收益、市场需求等问题。
例如,可以用函数来描述某种商品的价格与供应量之间的关系。
通过分析这个函数,可以推导出商品的市场均衡价格和数量。
3. 函数在生物学中的应用在生物学中,函数被用来描述生物体的生长、代谢和遗传等问题。
例如,可以用函数来描述一个物种的生长速率与时间的关系。
通过求解这个函数,可以预测未来的生长趋势。
4. 函数在信息技术中的应用在信息技术中,函数被广泛用于图像处理、数据分析和机器学习等方面。
例如,可以用函数来描述一个图像的像素值与空间位置的关系,从而实现图像的特征提取和图像处理。
5. 函数在工程学中的应用在工程学中,函数被用来描述信号处理、系统控制和电路设计等问题。
例如,可以用函数来表示一个信号的幅值与时间的关系,从而实现信号的滤波和增强。
综上所述,函数在各个领域都有着广泛的应用。
无论是数学、科学、经济还是工程,函数都是解决问题的一种强大工具。
通过深入理解函数的概念和应用,我们能够更好地理解和解决具体的问题。
希望本文能够帮助读者对函数的应用问题有更深入的了解。
函数思想在物理上的应用
函数思想是一种抽象的思维方式,它可以用来描述和分析物理系统中的某种特定行为。
函数思想在物理学中的应用非常广泛,它可以用来描述物理系统中的各种现象,从而帮助我们更好地理解物理系统的运行机制。
例如,函数思想可以用来描述物理系统中的力学运动。
力学运动是物理系统中最基本的运动,它可以用函数来描述,例如位置函数、速度函数和加速度函数等。
这些函数可以用来描述物体在物理系统中的运动轨迹,从而帮助我们更好地理解物体的运动规律。
此外,函数思想还可以用来描述物理系统中的热力学运动。
热力学运动是物理系统中另一种基本的运动,它可以用函数来描述,例如温度函数、熵函数和热力学函数等。
这些函数可以用来描述物体在物理系统中的热力学运动,从而帮助我们更好地理解物体的热力学运动规律。
函数思想在物理学中的应用还有很多,例如可以用来描述物理系统中的电磁学运动、声学运动、光学运动等。
函数思想可以帮助我们更好地理解物理系统中的各种现象,从而更好地分析和控制物理系统。
101神州教育函数思想在高中物理解题中的应用探究曹宇捷莱钢高级中学2016级3班摘要:随着我国教育业的深入发展,老师们越来越注重将其他学科的知识引入到自己的教学体系中,加强科目之间的联系,从而帮助我们更好的完成各科学习。
高中是关键的学习阶段,学生的解题能力决定了我们将来上的是哪所大学,老师应当给予高度重视。
本文将对函数思想在高中物理解题中的应用展开进一步探讨。
关键词:函数思想;高中物理;解题;应用;探究当前我国仍旧是属于应试教育的阶段,学习成绩在很大程度上决定着我们未来的发展,高考则是这一制度的体现之一。
为了能够让学生更好的理解教学知识点,许多老师开始尝试将其他科目的知识引入到教学课堂中,通过二者之间的联系,让我们更好的掌握所学内容,但老师在引入其他科目时,应当注重其联系性,若是联系性较低,那么联系教学也就无从谈起。
数学与物理一同作为理工科,它们具有极强的联系,所以物理老师可以将数学知识点引入到物理教学中,从而帮助我们更好的学习物理。
一、函数思想概述函数思想是数学思想之一,它指的是利用函数的概念与性质去解决问题,具有较强的实用性。
当前,函数思想已经被应用到了多种学科中,并且在其中发挥着较大的作用。
将函数思想应用于高中物理解题中,能够帮助解题者更快的得出答案。
具体来讲,函数思想在高中物理解题中的应用为,使用者可以在解答物理题的时候利用函数思想对问题进行分析,然后再建立一个函数模型,再根据模型展开研究,最后得出相应的物理答案。
在函数思想中,变量以及映射是较为重要的内容,它们分别是函数的基础以及本质。
物理老师应当结合教学的实际情况,将函数思想应用于物理教学中。
函数思想能够帮助我们更好的认识到物理题的内在本质,从而寻找出物理题中各个变量的联系性与制约性,最终得出函数表达式。
总得来讲,函数思想能够帮助我们将物理题中原本复杂的物理量之间的关系转化为某种函数表达式,最后代入已知的题设条件,求得函数值,即得出物理题的答案,老师应当明确函数思想的重要性,并且带领我们展开相关的练习。
浅谈函数在高中物理中的应用
一、函数图像的应用
在物理问题中,函数图像通过数形结合,直观、形象地反映物理过程。
加深人们对物理规律的理解,下面谈谈函数图像的具体应用。
(一)分析实验数据得出物理规律
在物理实验中,先采取了控制变量法,测出两个物理量的数据,然后,进行数据分析:一种是计算法,另一种是图像法。
而后一种更被人们认可,因为有些实验数据,无法通过计算,得到两个量之间的关系。
只有图像法,以两个量分别为两条坐标轴,建立直角坐标,描点画出图像,就可以通过图像,定性或定量分析它们之间的关系,得出规律。
所以函数图像,在实验数据分析中,起决定作用。
(二)运用函数图像解决物理问题
函数图像,不光是在实验数据分析中,起决定作用,而且在解决物理问题中,化难为易,化复杂为简单,起到事半功倍的作用。
题1、做匀变速直线运动的物体,在某一段时间内,经过中间时刻的速度跟经过中点位置的速度,比较谁大。
分析:假如先设初、未速度,再根据经过中点时刻的速度
v与经过中点位置的速
1
度
v分别跟初、未速度的关系,列方程,然后,运用不等式求解,要大费周折,2
才能解决。
如果做出速度与时间的图像,一看就知道。
如下图两种情况,显然是中点时刻的速度小于中点位置的速度。
小结:先根据物理规律,做出函数图像,再根据图像性质,判断两个物理量之间的关系,或求出某个物理量。
(三)运用物理规律判断函数图像
题2、矩形导线框abcd固定在匀强磁场中,磁感线的方向与导线框所在平面垂直,规定磁场的正方向垂直低面向里,磁感应强度B随时间变化的规律如图所示.若规定顺时针方向为感应电流I的正方向,下列各图中正确的是
分
析:0—1s 。
磁感应强度变化为t B B 0=
根据法拉第电磁感应定律有
00SB t t SB t B S t E =∆∆=∆∆=∆∆=φ R
SB i 0=(恒量)平行于t 轴,A 错。
电磁通量增大,感应电流电场与原磁场相反。
根据安培定则,感应电流为逆时针方向,应在i 轴负方向。
C 错。
1—3s 同理得感应电流大小为:
R
SB i 0=(恒量)平行于t 轴 1—2s 时,磁通量减小,感应电流磁场方向跟原磁场方向相同。
根据安培定则,感应电流为顺时针方向。
2—3s 时,磁场方向改变指低外,磁通量增大,感应电流磁场方向距原磁场方向相反。
根据安培定则,感应电流为顺时针方向。
B 错,D 对。
正确答案为D 。
小结:本类型题,主要是由物理规律,建立函数表达式,根据物理条件,确定函数定义域和值域,以及方向性,再确定图像的正确性。
在运用函数图像时,必须根据物理条件、物理规律,确定函数定义域和值域,以及方向性,把数学转化为物理,才能得到内化,达到新的高度。
二、函数性质的应用
定义域、值域、增减性、最大值、最小值、周期性等等,这些函数性质,如 果在物理问题中运用适当,真是如鱼得水,妙处无穷。
可见正确地引导学生对于哪些物理问题、应该运用哪些对应的函数性质解决,既可以使学生加深对函数性质的理解,又能提高学生应用数学工具解决物理问题的能力。
(一) 运用定义域,值域求物理问题的取值范围
【例1】初速度为零的离子经过电势差为U 的电场加速后,从离子枪T 中水平射出,经过一段路程后进入水平放置的两平行金属板MN 和PQ 之间。
离子所经空间存在一磁感应强度为B 的匀强磁场(图1),不考虑重力作用。
离子的荷质比m q (q 、m 分别是离子的电量与质量)在什么范围内,离子才能打在金属板上? 分析:离子通过电场加速后进入磁场,在磁场力作用下,做匀速圆周运动发生偏转,假设离子从进入磁场到打在金属板上某一点的水平距离为x,只要建立一个q/m 跟x 的函数表达式,依据题意确定x
是定义域,再根据定义域值域,显然,q/m 得解。
解:当离子经过电场加速后有
mv ²/2=qU (1)
在磁场中受到洛仑兹力作用,做匀速
圆周运动得
R
mv Bvq 2
= (2) 当离子打在金属板上时,根据几何关
系有:
2
222 ⎝⎛⎪⎭⎫-+=d R x R (3) 联立(1)、(2)、(3)解得
⎝
⎛⎪⎭⎫+=22222B d x Ud m q (4) (4)式就是q/m 跟x 的一个函数表达式。
依题意离子能打在金属板上,则x 的定义域为
d ≤x ≤2d (5)
由(4)、(5)解得的值域为
22253228932dB U m q dB
U ≤≤ 小结:已知一个物理量的取值范围,确定另一个物理量的取值范围,可利用函数的定义域,值域求解。
(二)运用增减性求物理问题的变量
【例2】(93年高考题)如图2,电子在电势差1
U 的加速电场中由静止开始运动,然后射入电势差2
U 的两块平行极板间的电场中,入射方向跟极板平行,
整个装置处在真空中,重力可忽略,在满足电子能射
出平行板区的条件下,下述四种情况中,一定能使电
子的偏转角θ变大的是( )
A 、1U 变大,2U 变大;
B 、1U 变小,2U 变大;
C 、1U 变大,2U 变小;
D 、1U 变小,2U 变小。
分析:当电子加速后,进入水平放置的两块平行极板间受到电场力作用发生偏转,只要建立一个θ跟1U 、2U 的函数表达式,通过讨论函数的增减性,就可知道θ变大原因。
解:设两平行极板之间的距离为d,长度为L ,电子在1U 电场中加速后速度为 e U mv 1202
1= 即m e U /210=ν
电子从进入到射出平行极板所用时间为 e U m L L t 202//==ν
加速度为a ,由 ma e d U =2,得a =md
e U 2 刚射出平行极板时,跟电场方向平行的速度大小为 e U m md
e LU at t 122/==ν 偏转角度为θ,有 d U LU tg t 1202==ννθ,即d
U LU arctg 122=θ 这是一个θ,跟1U 、2U 的函数表达式。
讨论:根据物理条件0°≤θ≤90°,
当1U 不变时,上式为增函数,故2U ↑,θ↑;
当2U 不变时,上式是减函数,则1U ↓,θ↑。
显然B 为正确答案。
小结:已知某一个(或n 个)物理量的变化,讨论另一个物理量的变化,可以运用函数的增减性求解。
(三) 运用最大值、最小值求物理问题的极值
【例3】如图3所示,光滑斜面与水平面夹角是α。
在斜面上放一个质量为m 圆球,再用光滑平板A 挡住。
现在缓慢地
改变板A 与斜面的夹角θ,当θ=____时,A
板对球的作用力最小,最小力为____。
分析:如图3可知圆球受到三个力作
用,重力mg ,斜面对它的支持力1N ,挡板
对它的压力2N 。
以竖直方向为纵坐标轴,
水平方向为横坐标轴,原点在球心,建立直
角坐标系。
分别将1N 、2N 分解在x 轴、y
轴上,根据平衡条件,确定2N 跟θ的函数表达式,球函数的极值问题,就得其解。
解:如图3知
在x 轴上)(θαα+N =N sin sin 21(1)
在y 轴上)(θαα+N +=N cos cos 21mg (2)
由(1)、(2)得 ))((θ
αθαθααsin sin cos sin 2mg ctg mg =+-+=N 由于为mgsin α恒量,这是一个2N 跟θ的函数关系式。
根据物理条件α<θ<180°,当θ=90°时,sin θ=1最大值,故2N 有最小值 2N =mgsin α。
本题答案应为θ=90°;2N =mgsin α。
小结:已知某一物理量的变化,引起另一个物理量取最大或最小值问题,可以运用函数最大值、最小值求解。
(四) 运用周期性求物理问题的重复运动
【例4】如图4所示,两根长度都为L 的细线悬挂一小球A ,绳与水平方向夹角为α,使A球垂直于纸面作摆角小于5°的摆动,当它经过平衡位置瞬间,有另一小球B,从A 球的正上方自由落下,并击中A
球,则B 球距A 球的距离是______。
分析:B 小球做自由落体运动,A 小球做单摆
振动,只有A 小球运动到平衡位置时,同时B 小球
也下落到达此位置,才能击中。
由于A 小球振动到
平衡位置是周期性出现的,故所用的可能时间为
2
nT (n=1,2,3…),与B 下落时间相等,再根据
自由落体运动的位移公式求解。
解:A 小球摆长为αsin L
振动周期为g
L T απsin 2= 振动到平衡位置的时间是
g
L n nT t απsin 2==(n=1,2,3…) B 小球下落的距离为 απsin 2
121222L n gt S ==(n=1,2,3…) 小结:关于振动或者波动问题,一般运用函数周期性分析。