雖然題目問的是“高等數學內容”,但我還是想說一下“數學內容”。因為在我看來,物理競賽中用到的數學方法,很難區分是“高等”的還是“初等”的(其實并沒有絕對的界限),或者說不能算是“高等數學”。
物理競賽中確實存在數學“障礙”,有時甚至超過物理本身。但物理競賽和數學競賽有很大不同。數學競賽注重“技巧”,技巧復雜,需要直覺;而物理中的數學則“扎實”,邏輯清晰。
讓我們從簡單的開始:
這個用得最廣泛,主要涉及三角形的正弦、余弦定理和圓的切線,不復雜,但需要記住三角公式,經常和“近似”結合起來,最常見的是頂角較小的三角形。
2. 不等式與函數方法-尋找范圍:
這在數學上是絕對難點,但在物理上卻很簡單,95%以上的情況都是單調的,所以我們經常直接代入“臨界值”來求解。另外值得注意的是,支撐力大于0等不等式條件經常會引發分類討論,一般來說,比賽中都會有分類討論題。
3. 順序解決一系列類似的過程:
這個跟數學差不多,可以用兩種方法:找規律,遞歸。建議用遞歸,一步搞定。因為物理題目都是字母,不像數學都是數字,還是希望字母寫得少一些。一般會轉化成二階以下的等差數列或者等比數列。不過用數列的題目不多。
4. 解析幾何與向量-解析向量:
由于大部分物理量都是矢量,所以需要建立坐標系,引入矢量分量來進行研究。分量中最重要的思想是任意設定方向,實際方向由解的正負決定,這樣就省去了很多細節判斷。例如電學中電流就是任意設定的。極坐標系經常使用,建議掌握。但不要完全使用設定分量的方法。有時用矢量圖更簡單,例如靜力學中常用的三個力的交點。
5.近似——追求線性關系:
以下幾種方法都可以統稱為“差分方法”,但是各有側重點。
近似法使用頻率高,在振動問題、熱力學、波動光學等中應用廣泛。近似的目的是“忽略微小矛盾”。使用近似的標志是問題中有一個條件網校頭條,即A比B小得多。近似最重要的公式是(1+x)^n=1+nx,只需要在公式中匹配小量x即可。做近似時,一定要注意階數問題,原則是保留最大的量。一般是保留一階小量;但有時一階小量會被剔除,這時就要回過頭去按原公式求二階小量,保留下來。以此類推。
6.極端分裂——用不變代替變化:
從抽象的角度講,當一個問題在發展過程中發生了變化,我們就把它當成一個不變的小發展高中物理競賽需要,然后做一個小的改變。這就需要把問題細分化。這里就可能出現導數問題,所以需要掌握一些基本的導數公式(都是在課堂上學的)。但是,如果只記住導數公式,還是很難做好物理問題的,因為物理問題往往很難“細分化”,但“計算”起來卻出奇的簡單,甚至根本不需要導數。
7.微分方程-研究過程中的各個狀態:
這是一道比較復雜的題目,今年的聯賽中沒有出現過。一般思路是把兩個量相除(微分),題目中有兩個微分關系(方程)高中物理競賽需要,所以用積分來求兩個量之間的關系。雖然這種題型一般不直接考,但可以間接考,比如用微分方程的等價形式——守恒方程來解。
一般來說,物理競賽會涉及到高中涉及的所有數學知識,尤其是三角函數和解析方法。在微積分中,也常常會涉及到一些小量的處理,其中大部分都可以近似;如果是微分方程,大部分都可以從整體上消除或降級。所以,一定要敢于嘗試,不要懼怕數學表象的復雜。只要你勇敢地堅持下去,就一定能看到隧道盡頭的光明。