虽然题目问的是“高等数学内容”,但我还是想说一下“数学内容”。因为在我看来,物理竞赛中用到的数学方法,很难区分是“高等”的还是“初等”的(其实并没有绝对的界限),或者说不能算是“高等数学”。
物理竞赛中确实存在数学“障碍”,有时甚至超过物理本身。但物理竞赛和数学竞赛有很大不同。数学竞赛注重“技巧”,技巧复杂,需要直觉;而物理中的数学则“扎实”,逻辑清晰。
让我们从简单的开始:
这个用得最广泛,主要涉及三角形的正弦、余弦定理和圆的切线,不复杂,但需要记住三角公式,经常和“近似”结合起来,最常见的是顶角较小的三角形。
2. 不等式与函数方法-寻找范围:
这在数学上是绝对难点,但在物理上却很简单,95%以上的情况都是单调的,所以我们经常直接代入“临界值”来求解。另外值得注意的是,支撑力大于0等不等式条件经常会引发分类讨论,一般来说,比赛中都会有分类讨论题。
3. 顺序解决一系列类似的过程:
这个跟数学差不多,可以用两种方法:找规律,递归。建议用递归,一步搞定。因为物理题目都是字母,不像数学都是数字,还是希望字母写得少一些。一般会转化成二阶以下的等差数列或者等比数列。不过用数列的题目不多。
4. 解析几何与向量-解析向量:
由于大部分物理量都是矢量,所以需要建立坐标系,引入矢量分量来进行研究。分量中最重要的思想是任意设定方向,实际方向由解的正负决定,这样就省去了很多细节判断。例如电学中电流就是任意设定的。极坐标系经常使用,建议掌握。但不要完全使用设定分量的方法。有时用矢量图更简单,例如静力学中常用的三个力的交点。
5.近似——追求线性关系:
以下几种方法都可以统称为“差分方法”,但是各有侧重点。
近似法使用频率高,在振动问题、热力学、波动光学等中应用广泛。近似的目的是“忽略微小矛盾”。使用近似的标志是问题中有一个条件网校头条,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。做近似时,一定要注意阶数问题,原则是保留最大的量。一般是保留一阶小量;但有时一阶小量会被剔除,这时就要回过头去按原公式求二阶小量,保留下来。以此类推。
6.极端分裂——用不变代替变化:
从抽象的角度讲,当一个问题在发展过程中发生了变化,我们就把它当成一个不变的小发展高中物理竞赛需要,然后做一个小的改变。这就需要把问题细分化。这里就可能出现导数问题,所以需要掌握一些基本的导数公式(都是在课堂上学的)。但是,如果只记住导数公式,还是很难做好物理问题的,因为物理问题往往很难“细分化”,但“计算”起来却出奇的简单,甚至根本不需要导数。
7.微分方程-研究过程中的各个状态:
这是一道比较复杂的题目,今年的联赛中没有出现过。一般思路是把两个量相除(微分),题目中有两个微分关系(方程)高中物理竞赛需要,所以用积分来求两个量之间的关系。虽然这种题型一般不直接考,但可以间接考,比如用微分方程的等价形式——守恒方程来解。
一般来说,物理竞赛会涉及到高中涉及的所有数学知识,尤其是三角函数和解析方法。在微积分中,也常常会涉及到一些小量的处理,其中大部分都可以近似;如果是微分方程,大部分都可以从整体上消除或降级。所以,一定要敢于尝试,不要惧怕数学表象的复杂。只要你勇敢地坚持下去,就一定能看到隧道尽头的光明。