Ⅰ 微積分在物理學中的應用
極多,隨便打開一篇名字里帶某某理論某某設計的論文,沒有用到積分算我輸。
具體來說,物理學經常要進行的測量實驗就用到微積分,比如我要獲取某工件A的速度加速度曲線,用來研究它的工作狀態從而進行前饋補償什麼的。我們沒法直接測速度,我們能測的是用激光干涉儀得到的他的位置參數,得到的是個距離-時間曲線。我們最終要得到的是速度-時間曲線,速度-時間曲線就是通過距離-時間曲線做一次求導得到的。
Ⅱ 微積分在高中物理中的運用
偉大的科學家牛頓,有很多偉大的成就,建立了經典物理理論,比如:牛頓三大定律,萬有引力定律等;另外,在數學上也有偉大的成就,創立了微積分。
微積分(Calculus)是研究函數的微分、積分以及有關概念和應用的數學分支。微積分是建立在實數、函數和極限的基礎上的。微積分最重要的思想就是用"微元"與"無限逼近",好像一個事物始終在變化你很難研究,但通過微元分割成一小塊一小塊,那就可以認為是常量處理,最終加起來就行。
微積分學是微分學和積分學的總稱。 它是一種數學思想,『無限細分』就是微分,『無限求和』就是積分。無限就是極限,極限的思想是微積分的基礎,它是用一種運動的思想看待問題。微積分堪稱是人類智慧最偉大的成就之一。在高中物理中,微積分思想多次發揮了作用。
1、解決變速直線運動位移問題
勻速直線運動,位移和速度之間的關系x=vt;但變速直線運動,那麼物體的位移如何求解呢?
例1、汽車以10m/s的速度行駛,到某處需要減速停車,設汽車以等減速2m/s2剎車,問從開始剎車到停車,汽車走了多少公里?
【解析】 現在我們知道,根據勻減速直線運動速度位移公式 就可以求得汽車走了0.025公里。
但是,高中所謂的的勻變速直線運動的位移公式是怎麼來的,其實就是應用了微積分思想:把物體運動的時間無限細分。在每一份時間微元內,速度的變化量很小,可以忽略這種微小變化,認為物體在做勻速直線運動,因此根據已有知識位移可求;接下來把所有時間內的位移相加,即「無限求和」,則總的位移就可以知道。現在我們明白,物體在變速直線運動時候的位移等於速度時間圖像與時間軸所圍圖形的「面積」,即 。
【微積分解】汽車在減速運動這段時間內速度隨時間變化的關系 ,從開始剎車到停車的時間t=5s, 所以汽車由剎車到停車行駛的位移
小結:此題是一個簡單的勻變速直線運動求位移問題。對一般的變速直線運動,只要結合物理知識求速度關於時間的函數,畫出v-t圖像,找「面積」就可以。或者,利用定積分就可解決.
2、解決變力做功問題
恆力做功,我們可以利用公式直接求出 ;但對於變力做功,我們如何求解呢?
例2:如圖所示,質量為m的物體以恆定速率v沿半徑為R的豎直圓軌道運動,已知物體與豎直圓軌道間的摩擦因數為 ,求物體從軌道最低點運動到最高點的過程中,摩擦力做了多少功。
【解析】物體沿豎直圓軌道從最低點勻速率運動到最高點的過程中,在不同位置與圓環間的正壓力不同,故而摩擦力為一変力,本題不能簡單的用 來求。
可由圓軌道的對稱性,在圓軌道水平直徑上、下各取兩對稱位置A和B,設OA、OB與水平直徑的夾角為θ。在 的足夠短圓弧上,△S可看作直線,且摩擦力可視為恆力,則在A、B兩點附近的△S內,摩擦力所做的功之和可表示為:
又因為車在A、B兩點以速率v作圓周運動,所以:
綜合以上各式得:
故摩擦力對車所做的功:
【微積分解】物體在軌道上受到的摩擦力 ,從最低點運動到最高點摩擦力所做的功為
小結:這題是一個復雜的變力做功問題,利用公式直接求功是難以辦到的。利用微積分思想,把物體的運動無限細分,在每一份位移微元內,力的變化量很小,可以忽略這種微小變化,認為物體在恆力作用下的運動;接下來把所有位移內的功相加,即「無限求和」,則總的功就可以知道。
在高中物理中還有很多例子,比如我們講過的瞬時速度,瞬時加速度、感應電動勢、引力勢能等都用到了微積分思想,所有這些例子都有它的共性。作為大學知識在高中的應用,雖然微積分高中不要求,但他的思想無不貫穿整個高中物理。「微積分思想」豐富了我們處理問題的手段,拓展了我們的思維。我們在學習的時候,要學會這種研究問題的思想方法,只有這樣,在緊張的學習中,我們才能做到事半功倍。
Ⅲ 物理競賽 怎麼應用微積分
運動,力學分析,基本就是經典物理的那部分。微積分就是那種你有思路甚至能列出方程但是解不出來的,比如高次求導方程。方法其一是把思路都轉化成過程,也就是說一道題你不僅要能覺得自己有切入點還得能一步一步算下去,如果是式子列不出來,那就得多看題,如果是式子解不出來,那就老老實實看微積分吧。微積分不僅是種思想,更是種方法,物理中的微積分主要指積分,非得看高等數學不可。同樣物理也推薦你看看大學物理,站得高看得遠么。如果只是為了幾天後的物理競賽,那就只有一點建議,抓好基礎,然後看點相對論的題,不要只看概念的,要量化計算的
Ⅳ 微分在物理中應用
微分是涉及變化率問題的表述工具,並不是簡單加個d就OK了。
例如求瞬時速度,實際上是平均速度取極限得到的:
Δt時段內的平均速度v=Δs/Δt
只有在Δt很短,趨近於0的時候的平均速度才能表示出瞬時速度。即:
v=limΔs/Δt,Δt→0(lim表示取極限)
Ⅳ 微積分在物理中的應用
原則上講,數理不分家,從物理到數學其實就是一個建模抽象的過程,同時也是一個化歸的過程,也就是說,物理中的任何一個領域都必然地涉及數學,不存在與數學毫無關聯的物理分支。
所以,只要物理中的問題能夠抽象劃歸成微分與積分,就是微積分在物理中的應用。我們所要討論的只是在物理中微積分用的比較頻繁的幾個領域。
1.變力做功(涉及力學、電學、熱學、原子物理等)
2.剛體轉動慣量的計算
3.保守力勢能的推導
3.某些特殊物體質心的確定
4.非均勻物體質量體積等的計算
5.電容特殊的充放電
6.電磁感應和動力學的結合等
僅為常用領域
學會用微積分的角度分析問題
才是根本的解決之道
Ⅵ 關於微積分在物理的運用
此題屬於高中物理,但是,題目的問題卻超綱了,此題應該給出運動時間,不應該求達到勻速的時間,更不能求位移,因為時間是無窮大,位移也無窮大。
一般高中用微積分的方法求解,淺淺的雙色石已經幫你提供一個很好的思路,他用了平均電流的方法解決了,不過用「平均」的方法求,一定是一次函數才可以(F=BIL,F和I是一次函數,所以可以,至於為什麼你不用管,要證明這個,也要用微積分證明,電荷Q=It也可以用平均電流,沖量I=Ft,也可以用平均力,因為都是一次函數,但是有效值是不能用「平均」求解的,因為有效值Q=I²Rt,Q和I不是一次函數),此外,你這道題還要求求時間,我懷疑你弄錯了,時間是求不出來的(因為這個運動不可能勻速運動,除非時間無限大,由於此題不可能達到勻速運動,所以如果求勻速運動)。
不知道你為什麼會提到用微積分,要用微積分,解微分方程是很麻煩的,你這個題的微分方程,雖然解出來不難,不過高中盡量不要考慮用微積分,下面我列微分方程解。同時,我也證明開始我說的結論,我說達到勻速的時間是無窮大,達到勻速的位移也是無窮大,如果你看不懂就算了,不過我還是把解法寫下來。
設在t時刻,導體的速度是v,那麼有安培力F(安)=B²L²v/r,根據牛頓第二定律,可得
F-μmg-B²L²v/(R+r)=m·dv/dt,這是一階線性微分方程,有通解公式,下面我用分離變數方法求解,為了方便計算,設p=(F-μmg)/m,q=-B²L²/m(R+r),那麼微分方程可化為
dv/dt=p+qv,分離變數,得dv/(p+qv)=t/q,積分,ln(p+qv)=t/q+C(C為任意常數,因為dv/dt>0,所以p+qv>0,所以絕對值直接去掉),初始條件,t=0時,有v=0,代入ln(p+qv)=t/q+C,可求得C=lnp,所以有t/q=ln(p+qv)-lnp=ln(1+qv/p),兩邊分別以e為底數取指數,得
1+qv/p=e^(t/q),所以v=-(p/q)·[1-e^(t/q)],
把p和q代回來,得v=[(F-μmg)(R+r)/B²L²]·{1-e^[-m(R+r)t/B²L²]},這個就是v和t的函數關系式,
從關系式可知,當t→∞時,v=(F-μmg)(R+r)/B²L²,也就是說,時間無窮大,才能達到勻速的速度,所以此題不應該問時間怎麼求。可以求出勻速速度是v=(F-μmg)(R+r)/B²L²
再次對t積分,就可以求出位移s和t的關系,這個積分沒有前面解微分方程難,不過計算也挺繁瑣,這里我就不計算了,你如果有興趣,以後學了微分方程可以自己算(或者你現在就明白微分方程也可以解)。求出表達式後,當t無窮大時,位移也是無窮大(具體我沒算,不過我用p和q把位移表達式求出來了,根據表達式,得到位移無窮大)。
Ⅶ 大學物理怎樣運用微積分
額方方面面都用啊 比如量子力學的傅里葉變換
還有電磁學的渦旋場電動勢
Ⅷ 怎麼理解微分積分在物理學中的應用
微積分(Calculus)是高等數學中研究函數的微分(Differentiation)、積分(Integration)以及有關概念和應用的數學分支。它是數學的一個基礎學科。內容主要包括極限、微分學、積分學及其應用。微分學包括求導數的運算,是一套關於變化率的理論。它使得函數、速度、加速度和曲線的斜率等均可用一套通用的符號進行討論。積分學,包括求積分的運算,為定義和計算面積、體積等提供一套通用的方法。
Ⅸ 微積分怎麼應用在物理上
電場中的磁通量和自感系數。洛倫茲力方程。衍伸到大學的高斯定律。
運動學,也有。3-4的熵的公式推導。3-5的原子分立能級。計算原子能態的hv的那個公式。