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数学的灵活运用一直是我们高考物理的一个重点考察内容,不仅如此,我们近几年刚开始的自主招生物理试题也倾向于数学分析。数学是解决物理问题的工具,不仅我们物理的运算离不开数学,我们物理中的很多概念也需要用数学知识来深入理解。比如我们本文要讲到的导数思想,就是帮助我们深入理解若干物理概念的“武器”。
我们还是先来说一下数学课本讲到的导数定义。
导数定义为,当自变量的增量趋于零时,因变量的增量与自变量的增量之商的极限。导数的几个基本性质是:
(1)在一个函数存在导数时,称这个函数可导或者可微分。
(2)可导的函数一定是连续的。
(3)不连续的函数一定不可导。
物理学一些重要概念都可以用导数来表示,或者说本身的概念就是用导数来定义的。只不过我们高中物理研究的问题都比较经典,比如运动模式大多是匀速、匀变速的;因此,我们课本上才没有用导数来定义,仅仅是用比例。(补充:还有一个原因是我们物理教材在给“速度”等一系列原本要用导数来下定义的时候,高中数学还没有讲到导数的相关概念。)
导数在物理概念上的第一个应用就是瞬时速度大小(瞬时速率)。生活中我们接触到的运动都不是匀速的或者匀加速的,如何去找出任何一个时刻的速率呢?瞬时速率的定义就是取一个比较小的时间段,利用位移的变化率来表示。用公式表示即:v=dx/dt;在x~t图中的表现,速度大小(速率)就是该时刻上图像对应的斜率。
同样,我们物理教研室中提到的加速度这个概念也是导数公式的一个应用。加速度指的是速度的变化率,对于一个比较小的时间段来说,我们的速度变化量与时间的比例就是瞬时的加速度;这个变化率用公式表示就是a=dv/dt;
电场中也有一个重要的物理概念源于导数的推导,就是电流的定义。用公式描述就是I=dq/dt;王尚请大家注意,这个公式才是电流I的定义式,I=U/R是计算式,两者有本质的区别。同样还有电磁感应中E的定义,E=dΦ/dt;王尚提醒大家,E=BLv公式是推导式,而不是定义式。我们学习课本内容的时候,一定要把这些基本的概念学好,这些对于我们求解难题是有帮助的。
本文给大家的是探讨,而不是总结,不能认为高中物理中就是这几个概念和导数有关;比如还有功率等概念都没有提。本文仅仅把物理常考到的一些和导数有关的问题给大家做了个总结。
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