学科笔记

平面图欧拉定理的简单几何阐释

关于定理的描述,可见于《离散数学及其应用》,此处略。 请看下图的例子: 如上图所示,对于任何一个平面图的局部,我们都可以对其进行删除边操作。 减少一个边,总是导致或者减少一个顶点(减少悬挂边时),或者减少一个面(减少非悬挂边时)。直到变成一个线段($e = 1, f = 1, v = 2$,如上面最后一张图所示)。 所以根据此递推关系,有: $$ e = (v-1) + (f-1)\\ \text{i.e.}\quad v+f = e+2 $$

物理学基础 6:静电场中的导体与电解质

基础 静电平衡的导体内部场强为零: 原因:内部电子自由移动形成了反向电场,抵消了外部的电场。 例题 【例子】 有一空气平行板电容器,电容为C,两极板间距为d,充满电后两极板间的相互作用力为F,则两极板间的电压为_,正极板带电量为_。 【分析与解答】 $$ F = \frac{QE}{2} = Q \frac{U}{2d}\\ Q = CU $$ 所以 $ U = \frac{2dF}{Q} = \frac{Q}{C} $,所以 $ Q = \sqrt[]{2dFC}, U = \frac{Q}{C} = \sqrt[]{\frac{2dF}{C}}$ 【例子】 一空气平行板电容的两极板面积均为S,两板的间距为d,在两板间平行地插入一面积也是S、厚度为t的金属片(t < d),请问电容C是多少? 【分析与解答】 $ C = \dfrac{\varepsilon _0 S}{\Sigma \frac{d_i}{\varepsilon _{r_i}}} $ 两个极端:空气的 $ \varepsilon _r = 1 $,金属板的 $ \varepsilon _r = + \infty $ 对于本题: $$ C = \frac{\varepsilon _0 S}{\frac{d - t}{1} + \frac{t}{+\infty }} = \dfrac{\varepsilon _0S}{d - t} Read more...

物理学基础 11:波动光学

答案是 1. 【例子】 在单缝夫琅禾费衍射实验中,波长为λ的单色光垂直入射在宽度为 a=4 λ的单缝上,对应于衍射角为 30°的方向,单缝处波阵面可分成的半波带数目为 【分析与解答】 半波带数目满足 $ a \sin \theta = m \frac{\lambda }{2} $ 所以 $ 4 \lambda \cdot \frac{1}{2} = m \frac{\lambda }{2} $ 所以 $ m = 4 $ 【例子】 一个质点作简谐振动,振幅为 A,在起始时刻质点的位移为 $\frac{1}{2}A$ ,且向 x 轴的正方向运动,代表此简谐振动的旋转矢量图为? 【分析与解答】 根据运动方向首先排除远离 $ x $ 轴的 A,D。根据位移排除 $ C,D $ 因为他俩是负的。选B。 用劈尖干涉检测工件的表面,如图 1(a),当波长为λ的单色光入射时,观察到的干涉条纹如图 1(b)所示,每一条纹弯曲部分的顶点恰好与左邻的直线部分的连线相切,由图(b)上的条纹可知,工件表面 [ ] (A) 有一凸起,高为λ/2 (B) 有一凸起,高为λ/4 (C) 有一凹陷,深为λ/2 (D) 有一凹陷,深为λ/4 【分析与解答】 假设是凸起,那么光程差就会增大,$ \delta = 2ne + \frac{\lambda }{2} $。我们顺着两个玻璃板子从左往右看,光程差是不断增大的,所以凸起的话就要往右边凸。显然他是往左边凸,因此是凹陷。 Read more...

物理学基础 10:波动.md

【例子】 两相干波源 S1 和 S2 的振动方程分别是 $ y_1 = A \cos \omega t $ 和 $ A \cos ( \omega t + \frac{\pi }{2} ) $ .S1距P点 3 个波长,S2距P点 21/4 个波长.两波在P点引起的两个振动的相位差是? 【分析与解答】 $ S_1 $ 在 P 点引起的振动相位: $ - 6 \pi $ $ S_2 $ 在 P 点引起的振动相位: $ \frac{\pi }{2} - \frac{21}{4} \cdot 2 \pi = - 10 \pi $ 相位差 $ 10 - 6 = 4 \pi $ Read more...

物理学基础 9:振动

即可求解。答案 $\frac{3}{4}$ 这里有一个三边平方关系可以利用。如图。 【例子】 两个同振动方向、同频率、振幅均为 A 的简谐振动合成后,振幅仍为 A,则这两个简谐振动的相位差为() 【分析与解答】 学过模电的都懂,答案是 $ \dfrac{4}{3} \pi $ 或者 $ \dfrac{2}{3}\pi $。那么为什么呢? 有两种方法,第一种是画出旋转矢量,调整夹角使得矢量和等于两边,自然会画出两个等边三角形,所以夹角是 $ \dfrac{2}{3} \pi $。第二种方法是设出第二个简谐运动的三角函数表达式,然后硬解。 【例子】 求图中 $ x= 0 $ 处振动的初相位。 【分析与解答】 $ y = 0 $,可知旋转矢量的相位是 $ \pm \frac{\pi }{2} $ 将波形补充左边,并向 $ u $ 的方向平移,可以发现 $ x= 0 $ 处的质点向 $ y $ 负方向移动,也就是说,旋转矢量在下一时刻 $ y $ 值要减少,所以只可能是 $ \frac{\pi }{2} $ 注意 这种在 $ [-y,y] $ 区间运动的质点,旋转矢量的横轴实际上是 $ y $ 轴: Read more...

物理学基础 7: 恒定磁场

(因为上下环路,都与电流平行,所以是 2l。因为电流所在的金属板在选取区域内长度是 $ l $,所以是 $ jl $) 所以 $ B = \mu_0 / 2j $。可见,无限均匀平面电流两侧的磁场为均匀等大反向磁场。 【例子】 一个无限长厚壁导体圆简内径为R1,外径为R2,圆简上通有电流I,且电流均匀分布,求该圆简的磁感应强度分布。 【分析与解答】 如果 $ r > R_2 $ 取圆筒外任意闭合圆环,则 $ B(2 \pi r - 0) = \mu_0 I $ 得到 $ B = \dfrac{\mu_0 I }{ 2 \pi r} $ 可以发现这样的方法比手动计算积分方便多了。 如果 $ r < R_1 $ 显然 $ \vec{B} = 0 $ 如果 $ R_1 < r < R_2 $,则通过的电流要乘以一个权重: $\frac{\pi r^{2}-\pi R_{1}^{2}}{\pi R_{2}^{2}-\pi R_{1}^{2}}$ ,结果 $B=\frac{\mu_{0} I\left(\pi r^{2}-\pi R_{1}^{2}\right)}{2 \pi r\left(\pi R_{2}^{2}-\pi R_{1}^{2}\right)}$ Read more...
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