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我只想當一個安靜的學霸 087章 高斯定理的估算

作者/術小城 看小說文學作品上精彩東方文學 http://www.nuodawy.com ,就這么定了!
    “這位同學,請保持清醒,不要在考場上打瞌睡。”監考老師十分嚴肅的提醒沈奇。

    “嗯,抱歉!鄙蚱嫒嗳嗵栄,最近一段時間改《奧數冠軍沈奇的數學技巧》的稿子,改的他心力憔悴,沒怎么休息好。

    “趕緊搞定最后一道計算題,搞完了回家補覺。”沈奇打起精神,仔細審題。

    審完最后一道25分的計算題,沈奇終于有了幾分興趣:“就這最后一題,像是正規物理老師出的題。”

    物理計算題大多配有示意圖,不配圖的物理題一般呈現兩種極端,一種是簡單的想打瞌睡,另一種是難的吊炸天。

    初賽鎮宅之題的分值最高,25分,這道計算配有示意圖。

    示意圖是一個圓,從圓心o到圓周七點鐘方位畫有一條虛線r,這條虛線r是圓的半徑。在圓心o旁邊不遠處有個小黑點。

    本題的文字描述是:

    “如圖所示,電荷線密度為λ(λ>0),半徑為r的均勻帶點圓環固定在光滑的水平絕緣桌面上。質量為電量為q的光滑小球,靜止放在桌面上與圓環中心o點非常接近的位置處!

    “設圓環上電荷的分布不受小球電荷的影響,試判斷小球之后的運動是否為振動?”

    “若為振動,設小球初始位置與o點的距離r0<<r,試用適當的近似方法估算小球的振動周期t!

    估算與嚴格計算的區別在于,估算可以繞過復雜的數學演算,直接獲得正確的定性結論和比較接近的粗略定量結果。

    就初賽最后一道計算題而言,小球的運動是振動還是非振動,沈奇必須給出定性結論,判斷不得有誤。這是第一步。

    對于同一道物理題,如果采用估算方法,可選擇的途徑往往不止一條。

    很明顯,這是道電磁學題目,沈奇在諸多種估算方法中,選擇靜電場高斯定理為依據開始答題。

    沈奇作出一個輔助圖,取通過o點并與圓環平面垂直的軸為x軸。

    在圓平面上以o點為圓心,作半徑為r的圓。

    將此圓沿x軸的正負方向各延展l,一個圓柱面就此形成。

    沈奇取此圓柱面為高斯面,因其中無電荷,根據高斯定理可得:

    ?e*ds=0

    高斯定理一祭出,真相越來越清晰。

    帶正電的小球所受靜電力總是指向圓環中心o點,為恢復性保守力,小球的運動為振動,振動中心就是o點。

    沈奇很快解決了第一問,這就是定性給結論,接受過物競培訓的學生應該都能給出正確的結論性判斷。

    第二問要求沈奇估算小球的振動周期t,稍微麻煩一點點。

    圓柱兩端面的電通量可以近似的用x軸上的電場強度來計算,沈奇作出計算:

    e1=λ(2πr)l/4πe(r^2+l^2)^3/2=λrl/2e(r^2+l^2)^3/2

    那么通過兩端面的電通量近似值就出來了:

    ?兩端面e*ds≈e1*2πr^2

    通過圓柱側面的電通量可以近似的用圓平面上與o點相距為r處的電場強度er來計算,根據高斯定理可得:

    ?圓柱面e*ds=?兩端面e*ds+?側面e*ds=0

    那么帶電小球在r處所受靜電力為:

    fr=qer=-λq/4er^2*r

    考慮到線性恢復力,小球在它的作用下將繞o點做簡諧振動。

    所以周期t=4πr根號eλq

    “搞定!睔v經c乃至i的洗禮,沈奇在學科競賽的賽場上已算一位經驗豐富的老將。

    數競也好,物競也罷,競賽模式大同小異。

    既然是老將,就不能驕傲自大、暴躁浮夸,必須時刻保持嚴謹的競賽作風。

    沈奇檢查了一遍考卷,然后交卷,此時距開考過去了30多分鐘。

    “這尼瑪?”

    “臥槽?”

    “這么早交卷?”

    “不停的寫,寫滿試卷也得30分鐘吧?”

    “這貨不用思考的?還是瞎幾把寫?”

    同一考場的其他選手明顯受到沈奇交卷的影響,各自在心中高呼p。

    雖然cpho全國初賽的考卷不難,但這么早交卷也屬罕見。

    物競圈子里也有眼尖的選手:“提前交卷這貨……莫非是沈奇?那個國際奧數競賽的冠軍?”

    沈奇走到考場門口,阿嚏,忽然打了個噴嚏,脊梁骨竟冒出一絲寒意。

    “誰在罵我?”沈奇猛然回頭,眼神犀利掃視眾選手。

    “草!”

    眾選手菊花亂顫,遂埋頭繼續答題。

    “喂,交了卷請迅速離開考場!北O考老師催促沈奇,并快速審視沈奇的試卷,該寫的都寫滿了,有理有據,不像瞎蒙,這種情況允許提前兩個多小時交卷。

    沈奇大步離去,在考場外見到了穆蓉。

    “這……沈奇你也太快了吧?”穆蓉有些意外。

    沈奇略顯從容:“一般一般,亞洲第三。”

    “那亞洲前二是誰?”穆蓉忍住不讓自己發笑。

    沈奇一本正經的說到:“是校長和穆老師!

    “哈哈!蹦氯亟K于忍不笑了起來,又覺得疑惑:“你這政治覺悟,政治考試不可能拿b吧?”她也聽說了,沈奇政治考試拿了個b,其余幾門都是a。

    “哎,誰不曾年輕過,懵懂過!鄙蚱嬉幌肫鹫慰荚嚲筒凰跉v史啊,無法抹去的污點。當然了,高二下學期之前沈奇黑歷史挺多的,既然無法抹去,那便坦然面對。

    沈奇伸了個懶腰:“哈欠……好困,我要睡覺了!

    “去吧,回家好好休息,辛苦了!蹦氯貨]有跟沈奇討論任何一題,沈奇的行動說明了一切。

    初賽的閱卷工作將在一到兩周內完成,cpho的復賽安排在四月中旬舉行。

    第二天,沈奇在南港二中遇見了幾個校物競隊的隊友。

    “我估完分,覺得能考個140?”物競隊的隊友林星宇說到。

    “我錯了一道選擇題、兩道填空題,兩道計算題,初賽得分大概在120到130之間!绷硪晃魂犛寻琢釤钫f到。

    “你呢沈奇大佬?”林星宇問到。

    “我估計在200分左右?或許最后一道計算題某些步驟要扣掉一兩分,也說不準,不知道!鄙蚱嬲f到。

    “牛!”林星宇對沈奇有種盲目的崇拜,200分就是滿分。

    “完了完了,初賽晉級分數線被沈奇拉高了!卑琢釤羁喙恼f到。

    “白玲燁你數學怕是不及格哦。”林星宇說到,“全國那么多選手參賽,一個滿分就拉高分數線了?吐槽都不會,差評!”

    ……

    ……

    (昨天初二在親戚家喝大了,剛起床,腦殼疼,起來發一章存稿然后接著睡,今天估計碼不了幾個字,晚上還要去其他親戚家吃飯,在我老家過年,20歲以上的男人不喝酒是不被允許的。

    接到起點的通知,3月1日上架,我得存點稿,今天估計存一章稿都難,所以只能更新一章。)

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