依照笛卡爾《談談方式》中四條規則的原文中譯,借鑒斯賓諾莎和克萊因的解釋中譯,我把笛卡爾的四條規則整理如下:
二、化整為零,挨個分解。
三、由易到難,循序漸進。
四、全面考察,觸碰邊界。
把以上幾條規則應用到解決上海市數學高考熱學綜合估算上,可以迎刃而解。
第一個層次(高考第一問):
如圖是一個最基本的電路,有三個最基本的量,它們之間的關系就是歐姆定理,圖和表達式是:
I、U、R這三個量當中只要曉得其中任意的兩個量,另外一個就可以求下來。
假如該內阻是燈泡,轉入后面的額定電流和額定功率
第二個層次(高考第二問):
如圖是兩個用家電的基本聯接,基本的串聯和并聯。
上海化學高考考查的范圍最多就這兩種基本聯接。看上去復雜的電路圖,按照開關的斷掉和閉合,加上滑動變阻器的滑動,把具象出的數理模型進一步簡化,畫出下述之一等效電路圖。
判別方式:
1、開關閉合相當于導線
2、開關斷掉可用擦乘法,擦除斷掉的開關以及相鄰兩節點間的線
3、滑動變阻器的聯接有0和作為定值內阻兩種可能
4、電流表相當于導線,電流表相當于開關斷掉
5、局部漏電(短接)的情況。
無論是串聯還是并聯,都有基本的九個量,這九個量之間的關系包括歐姆定理、串聯電路電壓、電壓和內阻的關系,并聯電路電壓、電壓和內阻的關系,分別如圖所示:
這兩個圖都可以得出兩個結論:
推測1:通過縱向和橫向四則運算,只要曉得必要的三個量,另外六個量都可以求下來。
例1:在一個基本串聯電路中,已知U、U和R1,求R2
推測2:求任何一個量,都起碼有兩個方式。
接例1:
電功率和電功的估算,也是完善在這九個基本量的基礎之上。只要這九個基本量都能求下來,必要時加上時間這個變量,電功率和電功也能夠解決。
其中涉及到小燈泡的標牌,帶有額定電流和額定功率,要明晰四個層次(以6V3.6W為例):
1、前者是額定電流,前者是額定功率
2、正常工作時的電壓可得
3、小燈泡的阻值可得
4、給出一個實際電流,可得實際電功率(按照內阻不變)
注:要注意到在電路聯接發生變化或則滑動變阻器的滑片滑動過程中,電源電流和定值內阻的電阻通常不變。
由于這個圖包含了熱學基本估算的所有關系,所以跟物理上的估算一樣,依照確定的一些值求另外某一個定值的訓練是最基礎的,所有可能的基礎估算,都具備這個特點。
推測1的神奇之處還在于,把歐姆定理和串聯、并聯電路的電壓電流阻值的關系本來是化學量之間數的關系,用圖呈現下來(把圖和數結合上去,成立平面直角座標系,正是笛卡爾的壯舉),可以頓時找出求出其它所有六個量的途徑。
第三個層次(高考第三問):
近代自然科學的開端和發展,是以物理、物理學和天文學并駕齊驅為基本特點的。由于教材和學段的限制,天文學方面涉及較少,物理和數學學的結合卻隨處可見。物理抒發的是通常的邏輯關系,數學學中的規律是該關系的一種特殊彰顯。所以運用物理方式解決數學學問題,是數學學學習一開始就要把握的。
用高中階段學到的物理方式解決數學問題。涉及到的物理方式有以下幾種:
1、解不方程組
假如要求的不是一個定值,而是某個量兩個定值之間的取值范圍,就符合中學語文學校過不方程的特點,但是一定是“解集中間找”的情況。
由于答案在兩個極值之間,因而可以借助推測1提供的方式求出兩個極值,或則直接運用解不方程組的方式更方便。
2、解二元一次多項式組
倘若題目中給出的條件,不具備必要的三個量,而是看上去只有一個確定的已知量,另一個變量兩次的值之間具有倍數關系,捉住這個變化中不變的量尤其是電源電流不變這個特點(在解決變化問題時,要從不變的量入手),假設不變的量已知,就可以依據推測1和已知列舉兩個方程,組成二元一次多項式組。
如上圖:已知R1,又曉得滑動變阻器阻滑片分別在中間和最右端,電流表示數分別為分別為U1和Uˊ1,求電源電流U和R2
3、分式的比值估算
倘若題目告訴的是兩個量的比值,就符合多項式估算的特點。依照題目已知結合靈活運用公式列舉多項式和方程。求解時一定要掌握好能通分的先通分,有平方的靈活開平方,這是多項式估算的難點所在。
如上圖:已知R1電阻,滑動變阻器滑片分別在中間和最右端時R1消耗的電功率之比為a:b,求R2
4、利用二次函數關系式求極值(高考確定不考)
倘若題目中要求的量,具有從小到大再到小的變化特點(定值估算相對簡單,量的逐步變化是高中數理難度的極限),我們首先要想到的就是開口朝下的二次函數的圖象。依照題目給出的已知量,以要求的極值為因變量,列舉一個二次函數,依照二次函數求極值的方式可以順利解決。(某年高考該題最好的解決辦法就是用這個方式,可以看成是向笛卡爾致敬!)
如上圖:已知U和R1電阻,求滑片滑動過程中滑動變阻器消耗的最大功率
把四條規則詳盡對照解釋如下:
一、去偽存真,規律為根。
求解任何一個問號,要從多個已知量中選擇解決問題有用的量,換個說法就是選擇正確的確定為真的基本估算公式,剩下的就是物理估算過程。
二、化整為零,挨個分解。
所有復雜的綜合估算,都可以看成是基本公式的聯接運用。把復雜的綜合估算問題,分解到最小可控可解的元素,即基本數學公式和基本數學量。
三、由易到難,循序漸進。
熱學綜合的漸進分別是:
1、基本公式的運用(見兩個結論),
2、在兩個結論基礎上求P和W(包括涉及到額定問題的四個層次)
3、解不方程組、解二元一次多項式組、解多項式比值估算和二次函數關系式等物理方式的借助
四、全面考察,觸碰邊界。
串聯和并聯中九個基本量中曉得必要的三個量,另外六個量都可以求下來,P和W因而可得。借助這個結論1可以解決這個層次內所有的問題。
高中語文技巧就以上幾種,在多年連續考查以后,早已出現兩種方式結合,例如解不方程組和多項式比值結合。
我在學習演奏鋼琴時學到,初學演奏鋼琴要先單獨練習手指,解決了左手的問題,再單獨練習右手突破,之后右手靈活配合。任何一個方法,都配有大量循序漸進的練習曲。同樣的,在練習兵乓球的時侯,也是這么,例如在控制兵乓球的落點方面,要用網球臺的每一個空間點,力求達到極致,沒有遺漏。再例如練習弧圈球時,把動作分解,腿、腰、手、觸點、弧線、擊球時機等單個解決,最終產生完整的投球過程。管樂團的訓練也是分樂句分鋼琴單獨練習,之后逐字合練,反復突破難點,最終完成合奏。
我積累了這種經驗以后,讀到笛卡爾的《談談方式》尤其是其中這四條規則的時侯,總算意識到,這四條規則是學習和解決一起復雜問題的根本方式。明天我以南京數學高考數學熱學綜合估算為例做講解,首先希望讀者學會順利高效解決這個題型。反過來,我是希望借這個題型,提升你們對笛卡爾的方式的認識。由于這些認識,可以幫我們解決各類各樣復雜的問題。
最后是參考文獻:
笛卡爾《談談方式》中的四條規則:
我曉得,法令多如牛毛,每當執行不力;一個國家立法不多而雷厲風行,倒是毫不拾遺。所以我相信,用不著制訂大量規條構成一部邏輯,單是下述四條中考物理電學綜合題,只要我有堅定持久的信心,無論何時何地絕不違背,也就夠了。
第一條是:但凡我沒有明晰地認識到的東西,我絕不把它當作真的接受。也就是說,要當心防止草率的判定和先入為主,不僅清楚分明地呈現在我心中、使我根本沒法懷疑的東西以外,不要多放一點別的東西到我的判定里。
第二條是:把我所審查的每一個困局根據可能和必要的程度分成若黨員分,便于一一妥為解決。
第三條是:按順序進行我的思索,從最簡單、最容易認識的對象開始,一點一點逐漸上升,直至認識最復雜的對象;就連這些原本沒有先后關系的東西,也給它們設定一個順序。
最后一條是:在任何情況下,都要盡量全面地考察,盡量普遍地檢查,做到確信毫無遺漏。[1]
斯賓諾莎把笛卡爾的這四條概括地抒發為:(1)排除一切隔閡,(2)找出還能拿來構建一切知識的基礎,(3)發覺錯誤的緣由,(4)清楚并且厘清地理解一切事物。[2]
克萊因在他的《西方文化中的物理》一書中,對笛卡爾的四條規則是這樣解釋的:
受幾何學家技巧的啟發,笛卡爾慎重地構造尋求真理的規則。他決定,首先決不把任何他沒有明晰認識其為真的東西當作真的加以接受。由此他拋棄覺得的證明,相應的,所有物質的性質,如味道、顏色,它們搜可能是人們個人的覺得反應,而不是物質本身的內在本質屬性。這個方式的第二條原則是,把大問題分解成一些小的難點。第三條原則說的是,他將采取由簡到繁的方式。第四條原則是,列出并翻查推理的步驟,以真正做到徹底、毫無遺漏。這種原則是其技巧的核心。[3]
[1]《談談方式》[法]笛卡爾著王太慶譯商務印書館2000年11月1版2006年4月6印第16頁
[2]斯賓諾莎:《笛卡兒哲學原理》,商務印書館1980年版,第45頁
[3]《西方文化中的物理》[美]M.克萊因著張祖貴譯清華學院出版社2013年7月第1版第8次彩印第161頁
閱讀