大學物理學中矢量學習的難點研究

摘要：在大學的物理學習中，矢量運算與矢量分析對于學生來說是一個難點，但這部分的內容在物理學中較為重要，能夠為之后的學習做好鋪墊。因此，需要在學習的過程中，將難點進行合理分析，并思考其解決方法，進而掌握這一內容。本文通過對大學物理學中矢量運算與矢量分析、大學物理學中矢量學習難點及解決方法，兩個方面進行了討論，并舉例分析矢量問題的運算方法，希望為學習矢量內容的同學提供一定參考。

關鍵詞：大學物理學；矢量學習難點；矢量運算

引言：

在大學階段物理學習的過程中，由于課程的要求，同學們需要熟練掌握矢量這一部分的內容，但在日常學習中，許多同學認為矢量部分的內容，只是一種物理量的描述方法，進而沒有注重矢量的運算的學習。為了改變這一學習現狀，需要同學們深入了解矢量的運算方法，之后形成矢量的思維模式，進而在解題時，能夠將矢量引入其中，提高同學們的物理學習成績。

一、大學物理學中矢量運算與矢量分析

在數學中，矢量既有大小又有方向，標量只有大小。在物理學中，矢量有位移、速度、加速度、力、電場強度、磁場強度等，標量有質量、密度等。在物理中引入矢量這一概念，能夠將物理量進行準確描述，使物理公式變得更加簡明。在大學物理學習階段，矢量代數運算主要為加減、點乘、叉乘，矢量與矢量相加之后得到矢量，其表達式為+=，用幾何的表達方法將其進行表達為：平移使一個矢量的首端與另一個矢量的末端相連接，這一有向線段為。減法的運算方法為=-，兩個矢量線段首尾相連，矢量的尾端畫向矢量的尾端，即為矢量。矢量、之間進行點乘，其結果為夾角余弦的乘積，其含義為：一個矢量在另一個矢量中的的投影值與另一個矢量大小的乘積。在矢量、進行叉乘時，表達式為×=，的大小等于、與夾角之間的正弦乘積。在大學學習矢量內容時，其最關鍵的知識內容為質點運動學中的，由運動方程求速度、速度反求位置函數，為了能夠掌握這一部分的矢量內容，需要進行深入研究，為之后的物理學課程學習打好基礎。通過對物理矢量進行分析，能夠清楚的了解到解決矢量問題時，具有幾種不同的方法，需要我們在解題的過程中，需要合理分析題意，并將其解決。

二、大學物理學中矢量學習難點及解決方法

（一）矢量運算轉化問題

由于在中學階段物理矢量的內容不多，進而在大學學習物理矢量時，一些同學常常不能掌握解題方法，并且還在使用高中的解題思路，還有些同學難以理解矢量內容。但在解題的過程中，有些時候不需要將矢量轉化為分量，可以畫出示意圖的方式進行解題。例如：α粒子質量為m，在散射的過程中，其與一靜止的氧原子核發生碰撞，氧原子核質量為M。在碰撞之后，α粒子沿著入射方向成α角度方向運動，氧原子核沿著入射方向的反向成α角度運動，求α粒子碰撞前后的速率比？在解決這一問題時，由于整個過程只有內力，進而可以使用動量守恒的解決方法。先設α粒子碰撞前后的速度為和 ，氧原子核碰撞后速度為。根據題意可以畫出運動示意圖，并在解題的過程中，根據α粒子、氧原子核的運動方式，列出公式為mv0=mvcosθ+MVcobsφ與0=mvsinθ-MVsinφ.進而得出。另外，在計算這一問題時，由于題中的動量為矢量，還有另外一種公式列法：m=m+M，進而能夠根據這一公式，解決這一類型的題。通過以上解題分析，可以了解到，在解決矢量問題時，由于其具有許多不同的解題方法，為了能夠找到最方便、快捷的方法，需要先對矢量運動方向進行畫圖分析，并將矢量與標量進行合理轉化，進而解決矢量問題學習的難點，提高我們的物理成績。

（二）矢量思維形成問題

一些同學在學習物理矢量這一部分的內容時，雖然可以使用矢量轉化為分量的方法進行計算，但由于一些同學對矢量的理解不足，導致在解題的過程中，不能合理應用矢量的解題思路。進而，需要學生在解題的過程中，轉變高中的解題思路，培養矢量思維，提高解題效率。例如：帶電量為q、質量為m的離子以的速度運動，其在運動的過程中，經過磁感應強度為的磁場時，受到了一個洛倫茲力，沿著坐標軸Y的方向進行運動，求其矢量乘積？在解決這一問題時，可以對題意進行分析，并畫出運動方向。之后根據矢量的方向，構建題中所述的平面，使用右手法則對題意進行合理分析[2]。例如：在半空中，有一半徑為R，電流為I的導線圓環，求這一圓環軸線上距圓心O為x出的P電的磁感應強度？在解決這一問題時，需要準確找到磁感應強度的方向，但由于題中兩個矢量構成的平面不是垂直的，進而同學們容易在解決這一問題時出現失誤。在解題時，需要先將半徑、電流、電磁感應強度的方向標注出來，之后找到其中的平面，之后再分析問題。在大學物理學習的過程中，由于其部分學生的矢量內容的應用能力不強，進而在解題的過程中，沒有對題意進行準確理解，影響解題效率，需要我們在解題的過程中，判斷矢量的方向及位置，并選擇合適的方法進行計算，并進行大量的練習，進行形成矢量思維，提高矢量問題的分析、解決速度，為之后的物理學習奠定良好的基礎。

結論：

綜上所述，由于矢量這一方面的知識，在大學物理課程中有著較為廣泛的應用。在對相關問題進行分析的過程中，需要同學們提高對這部分內容的理解程度，將矢量與標量進行合理轉化，并根據典型例題分析不同的解題方法，使同學們能夠建立矢量思想，進而能夠在解題的過程中，快速應用矢量思想進行解題，達到提高物理應用能力的目的。

參考文獻：

[1]林君，刁庶，張洋，張揚，趙靜.地球物理矢量場磁測技術的研究進展[J].科學通報，2017，62（23）：2606-2618.

[2]李敬敏，閆紅雨，李詩珺，駱遙.航空地球物理調查全矢量插圖編圖方法[J].工程地球物理學報，2017，14（01）：37-44.

作者簡介：龍維西，男，籍貫：貴州省大方縣，1997年6月出生，本科學歷。

通訊作者：周將軍