一个简单又朴素的大学物理题:
其实我觉得我刚学大学物理的时候不会做这样的题,主要是对微积分不太熟悉,尤其是微分方程。像这个问题,我们需要用微积分的定义列出一个方程(微分方程),然后求解。
加速度A是速度V对时间T的导数,所以a=-kv实际上是v'=-kv。仔细观察,速度V是未知函数,K是已知的。像这样关于未知函数和未知函数导数的方程叫微分方程,所以是时候求解了。求解要利用反函数的导数关系(注意这种方法是求解这类微分方程的基础)。v '是v对t的导数,右边不是自变量t,而是函数v,我们巴不得它是自变量t,比如v'=-kt,大家都能解出来,只是把点积起来。现在是v了,怎么办?取V为自变量,T为函数(即反函数),v'=1/t '(即dv/dt=1÷dt/dv,就是上面说的高数),所以dt/dv=-1/(kv),V为自变量,这。最后是V (t) = V E (-kt)(是指数函数!)
那么计算X就很简单了,就是把V乘以t,X (t) =-V/K E (-KT)+C(另一个积分常数C),然后利用t=0时x=0的条件得到C=v/k,所以X (t) = V/K [1-E (-KT)]。
简而言之,这些物理基础题的思路类似于过去中学的应用题,大致以物理知识为基础,罗列后用数学方法求解。只是中学列出的方程没有微积分,大学列出的有。还需要注意的是,题目中给出的t=0时x和v的表达式,实际上是用来确定积分常数等于多少的。这些条件称为初值条件。对于一些与时间无关的微分方程,也会给出类似的与位置有关的条件,叫做边界条件,大概就是起到这个作用。