高考物理科要考核的能力之一是應用數(shù)學處理物理問題的能力,即能夠根據(jù)具體問題列出物理量之間的關(guān)系式,進行推導和求解,并根據(jù)結(jié)果得出物理結(jié)論,必要時能運用幾何圖形、函數(shù)圖像進行表達、分析。但是學生在學習物理時常常是理、數(shù)脫節(jié),他們學了不少數(shù)學知識,但缺乏應用數(shù)學知識聯(lián)系物理問題的實際的能力,缺乏數(shù)學知識向物理問題的遷移??梢娙绾问箤W生善于運用脫離具體事物的數(shù)學的抽象來解決具體問題,是物理教學應加以研究和解決的問題。因此,提倡物理教師讀一點中學數(shù)學教材。下面,我就初中數(shù)學、初中物理、高中物理中與影子運動有關(guān)的運動學問題加以探討。
例1:(2006年江蘇省鹽城市中考數(shù)學)如圖,花叢中有一路燈桿AB在燈光下,小明在D點處的影長DE=3米,沿BD方向行走到達G點,DG=5米,這時小明的影長GH=5米,如果小明的身高為1.7米,求路燈桿AB的高度(精確到0.1米)。
解析:觀察圖形,依題意可知AB⊥BH,CD⊥BH,F(xiàn)G⊥BH,所以AB∥CD∥FG,根據(jù)有2個角對應相等的兩個三角形相似
∴Rt△ABE∽Rt△CDE,
∴1.7/AB=DE/BE=DE/(BD+DE)=3/(BD+3)①
同理Rt△ABH∽Rt△FGH
∴1.7/AB=GH/BH=GH/(BD+DG+GH)=5/(BD+10)②
由①、②解得
BD=7.5米,AB=5.95米≈6.0米,即路燈桿AB高約6.0米
上題是數(shù)學中考題,都涉及到物理學中光的直線傳播,都要求學生把實際問題轉(zhuǎn)化為數(shù)學問題,抽象到相似三角形中,利用相似三角形的性質(zhì)對應邊成比例解題。
例2:(01廣東、廣西高考題)(14分)一路燈距地面的高度為h,身高為l的人以速度v勻速行走。
(1)試證明人的頭頂?shù)挠白幼鲃蛩龠\動;
(2)求人影的長度隨時間的變化率
解析:(1)設t=0時刻,人位于路燈的正下方O處,在時刻t,人走到S處,根據(jù)題意有
OS=vt①
過路燈P和人頭頂?shù)闹本€與地面的交點M為t
時刻人頭頂影子的位置,如圖所示,OM為人頭頂影子到O點的距離
由幾何關(guān)系,有=②
解①②式得OM=t③
因OM與時間t成正比,故人頭頂?shù)挠白幼鲃蛩龠\動
(2)由圖可知,在時刻t,人影的長度為SM,由幾何關(guān)系,有SM=OM-OS④
由①③④式得SM=t⑤
可見影長SM與時間t成正比,所以影長隨時間的變化率
k=⑥
由上題我們不難看出,往往物理中較為抽象,難以歸納的知識,我們都可以通過數(shù)學的方法,推論出兩物理量之間的數(shù)學關(guān)系,通過對數(shù)學關(guān)系的分析,更容易解決問題,此外,通過數(shù)學數(shù)據(jù)之間的函數(shù)關(guān)系,更容易推論出無直接聯(lián)系的兩物理量之間的物理關(guān)系。
物理問題的研究一直和數(shù)學密切相關(guān),物理學的發(fā)展離不開數(shù)學,數(shù)學是物理學發(fā)展的根基,并且很多物理問題的解決是數(shù)學方法和物理思想巧妙結(jié)合的產(chǎn)物。運用數(shù)學工具處置物理問題的能力,是中學物理教學的最基本的要求之一。僅以此文拋磚引玉,在以后的教學和學習中更加注重數(shù)學思想方法的滲透,引導學生將數(shù)學知識、數(shù)學方法有效地遷移到物理的學習中來。
【參考文獻】
[1]高中物理新課程標準
[2]黃美英.例析數(shù)學知識在物理中的應用[J].數(shù)學學習與研究(教研版).2008
(作者單位:江蘇省邳州市運河中學)