一、初中物理热学问题求解方法
1．戴眼镜的人从室外进入温暖的室内，镜片上会出现“水雾”，下列现象中的物态变化与“水雾”的形成相同的是（ ） A ．饮料中的冰块逐渐变小 B ．北方冬天植物上的雾淞 C ．蒸锅上方生成的“白气” D ．寒冬，室外冰冻的衣服逐渐变干 【答案】C 【解析】 【分析】 【详解】
戴眼镜的人从室外进入温暖的室内，镜片上会出现“水雾”，这是眼镜温度较低，而室内水蒸气温度较高，水蒸气接触到眼镜时，会放出热量降温，液化成小水珠，附在眼镜上。 A ．饮料中的冰块逐渐变小，这是冰块吸热熔化成水，A 项不合题意； B ．雾淞是由于空气中的水蒸气凝华形成的固态小冰晶，B 项不合题意； C ．蒸锅上方生成的“白气”，这是水蒸气液化形成的小水珠，选项C 符合题意； D ．寒冬，室外冰冻的衣服逐渐变干，这是衣服上的固态冰升华成水蒸气，D 项不合题意。 故选C 。
2．向一大桶温度为1t 的冷水中倒入一小桶温度为2t 的热水，混合后的温度为t ，下面关于温度的关系式中正确的是（ ）
A ．12
2
t t t +=
B ．12
2
t t t +<
C ．12
2
t t t +>
D ．21
2
t t t -=
【答案】B 【解析】 【详解】
冷水吸收的热量：
11
Q cm t t =-吸（） 热水放出的热量：
22Q cm t t =-放（）
由题意知，Q Q =吸放；则有：
1122cm t t cm t t -=-（）（）
解得：
1221
m t t
m t t --＝
因为冷水是一大桶，热水是一小桶，所以12m m ＞，即21t t t t --＞，所以12
2
t t t +＜；故B 项正确、ACD 项错误；
3．假设我们手里现有一支刻度均匀，但读数不准的温度计，标准大气压下，在冰水混合物中的示数为4℃，在沸水中的示数为96℃，用此温度计测得某液体的温度是27℃，则所测液体的实际温度应该是（ ） A ．24℃ B ．25℃
C ．26℃
D ．27℃
【答案】B 【解析】 【详解】
由题意可知,不准的温度计上一个小格表示的实际温度为：
10025
=96-423
℃℃℃；
用此温度计测得液体的温度是27℃,则这种液体的实际温度为：
()2725
23
425t =
?-=℃℃℃。 故ACD 错误，B 正确。
4．关于物体的内能，热量和温度，下列说法正确的是 A ．一个物体从外界吸收了热量，温度一定升高 B ．一个物体温度升高，它的内能一
定增加
C ．只要物体的温度不变，它的内能就一定不变
D ．温度高的物体比温度低的物体含有的热量多 【答案】B 【解析】 【详解】
A ．一个物体从外界吸收了热量，温度不一定升高，比如晶体的熔化以及液体的沸腾，都在吸收热量，但温度没有改变，故A 项错误；
B ．一个物体温度升高，可能是吸收了热量，也可能是外界对物体做了功，所以内能一定增大，故B 项正确；
C ．物体的温度不变，有可能正在吸收或者放出热量，内能改变；也有可能外界对物体做功，物体的内能增加，或者物体对外界做功时，物体的内能减小，故C 项错误；
D ．热量是一个过程量，不能说物体含有多少热量，只能说物体吸收或者放出多少热量，故D 项错误。
5．下列关于内能说法正确的是（ ） A ．0℃的物体内能为零 B ．热量总是从内能大的物体向内能小的物体
传递
C ．温度高的物体比温度低的物体内能大
D ．物体内能增大，温度可能不变
【答案】D 【解析】 【详解】
A ．一切物体，不论温度高低，都具有内能，所以0℃的物体内能不为零，A 错误；
B ．热量总是从温度高的物体向温度低的物体传递，内能大的物体温度可能较低，那么热量就可能是从内能小的物体向内能大的物体传递，B 错误；
C ．温度高的物体内能不一定大，内能还和质量、状态有关，C 错误；
D ．物体内能增大，温度可能不变，比如说0℃的冰熔化为0℃的水后，质量不变，温度不变，但是吸收了热量，内能变大，D 正确。
6．有一支刻度不准的温度计，放在冰水混合物中，稳定后示数为﹣4℃，放在一标准气压下的沸水中，示数为92℃，把它放在某教室时温度计示数为28℃，教室的实际温度是________。 【答案】33℃ 【解析】 【分析】 【详解】
摄氏温度的规定是：标准大气压下水的沸点为100℃，冰点为0℃，100℃和0℃之间有100等份，每一份代表1℃，而该温度计的96个小格表示100℃，设温度计示数为28℃时的实际温度为t ，则：
10000 92(4)28(4)
t --=----℃℃℃℃℃℃℃ 解得
t ≈33℃
7．一支刻好刻度的温度计，插入冰水混合物中时，水银柱长为4cm ；插入1标准大气压的沸水中时，水银柱长为24cm ，当温度计的水银柱长为16 cm 时，它所测量的实际温度是_________℃；如果实际温度为40℃，温度计水银柱长_________cm 。 【答案】60 12 【解析】 【详解】
[1]插入冰水混合物中时，水银柱顶端的位置代表0℃；插入1标准大气压的沸水中时，水银柱顶端的位置代表100℃，当温度计的水银柱长为16 cm 时，它所测量的实际温度
24cm 4cm 16cm 4cm
1000t
--=-℃℃
可解得60t =℃；
[2]如果实际温度为40℃，温度计水银柱长
24cm 4cm 4cm
100040l --=-℃℃℃
可解得12cm l =。
8．如图所示，某单缸四冲程汽油机工作状态如图所示，此时的能量转化是__________；若飞轮的转速为1800r/min ，该汽油机每秒共经历了______________个冲程；汽油机工作时利用水循环将热量从高温的发动机自发转移到低温的水，这一现象说明_____________。
【答案】机械能转化为内能 60 能量的转移具有方向性 【解析】 【分析】 【详解】
[1]从图中可看到，进气门、排气门都关闭，活塞向上运动，这是压缩冲程，能量转化是机械能转化为内能。
[2]由题意可知，飞轮每秒转数是
1800r 1800r
30r/s 1min 60s
== 飞轮转两转，汽油机经历一个工作循环，即经历4个冲程，1s 内转30r ，经历的冲程数量是
304
602
n ?=
= [3]热量能够从高温的物体转移到低温的物体，汽油机工作时利用水循环将热量从高温的发动机自发转移到低温的水，这一现象说明能量的转移具有方向性。
9．一支刻度均匀但刻度线位置不准的温度计，把它放在标准大气压的沸水中，读数是97℃，把它放在冰水混合物中，读数是2℃，若用这支温度计去测量某物体的温度时，它的读数恰好等于物体的实际温度，则该物体的温度是_____．如下图所示，图甲的温度为_____。
【答案】40℃ -22℃
【解析】
【详解】
[1]因读数不准确的温度计的刻度是均匀的，设不准确温度计示数y与真实温度x之间满足方程：
y=kx+b；
将y=97℃时，x=100℃和y=2℃时，x=0℃分别代入方程，得：
97=k×100+b；
2=k×0+b；
解方程组得：k=
95
100
，b=2，故方程可变为：
95
2
100
y x
=+，
根据题意，它的读数恰好等于物体的实际温度可知，x=y，代入方程可得解为：
x=40℃；
[2]由图知，温度计10℃之间分成5等份，所以一等份代表2℃，也就是分度值为2℃；“20”在“10”的下端，说明温度低于0℃，为-22℃。
10．小明打开装有一定量“干冰”的月饼包装盒，发现空气中出现了“白雾”，这是因为干冰在升华过程中需___________热量，使空气中的水蒸气遇冷液化形成的。气体在液化过程中要___________热量，所以被100℃的水蒸气烫伤比被100℃的水烫伤要严重。
【答案】吸收放出
【解析】
【分析】
【详解】
[1]这是因为干冰在升华过程中需吸收热量，使空气中的水蒸气遇冷液化形成的。
[2]气体在液化过程中要放出热量，所以被100℃的水蒸气烫伤比被100℃的水烫伤要严重。
11．有一只不准的温度计，它的刻度是均匀的，但放在冰水混合物中，显示为2℃，放在1标准大气压下的沸水中，显示为98℃，把它放在某液体中显示为30℃，则实际的温度是多少？（计算结果保留一位小数）
【答案】29.2℃
【解析】
【详解】
由题意可知温度计每一刻度表示的温度是
0100-025
98-224
t =
=℃℃℃℃℃
当温度计显示的温度是30℃时，实际的温度是
()25
30-2029.224
?+≈℃℃℃℃℃ 答：把它放在某液体中显示为30℃，则实际的温度约是29.2℃。
12．假期爸爸妈妈带着丽丽开车旅行，已知小轿车的总质量约为2t ，最大功率为120kW ，小轿车在牵引力的作用下沿水平公路做匀速直线运动，行驶时所受阻力为车总重的0.2倍。（g =10N/kg ，汽油的热值取4×107J/kg ）求：
(1)若轮胎与地面的总接触面积为0.2m 2，静止时轿车对水平地面的压强为多少？ (2)轿车在5min 内匀速行驶了3km ，此时轿车的实际功率为多少？
(3)若汽油机的效率为30%，那么当轿车以最大功率行驶10min 消耗汽油的质量为多少？ 【答案】(1)1×105Pa ；(2)4×104W ；(3)6kg 【解析】 【详解】 (1)轿车的总重力
34210kg 10N /kg 210N G mg ==??=?
轿车静止时对水平地面的压力
4210N F G ==?
则轿车静止时对水平地面的压强
452
210N =110Pa 0.2m
F p S ?==? (2)由题意可知，轿车匀速行驶时所受阻力
430.20.2210410N N f G ==??=?
因为轿车沿平直公路匀速行驶，所以轿车受到的牵引力和阻力是一对平衡力，即
34N 10F f ==?牵；
轿车在5min 内牵引力做的功
374103000m 1.1N J 20W F s ==??=?牵；
则轿车的实际功率
74J 1.210410560s
W W P t ?===??。
(3)该车以最大输出功率行驶10min ，做的有用功
37W 120101060s 7.21J 0W P t '==???=?有用最大
，
由100%W Q η=
?有用放
得，汽油完全燃烧放出的热量
787.210 2.410J 0%
J 3W Q η
?=
==?有用
放，
由Q mq =放得，需要完全燃烧汽油的质量
872.4106kg 410/kg
J J Q m q ?=
==?汽汽放油油
答：(1)静止时轿车对水平地面的压强为1×105Pa 。 (2)此时轿车的实际功率为4×104W 。
(3)那么当轿车以最大功率行驶10min 消耗汽油的质量为6kg 。
13．为了比较水和沙子吸热本领的大小，小明在两个相同的烧杯中分别装入水和沙子，用两个相同的酒精灯对其加热。
(1)在实验前要控制水和沙子的____和____相同； (2)比较水和沙子吸热升温快慢的方法有两种： 方法一：加热时间相同比较它们各自升高的温度； 方法二：______________；
(3)用两个相同的酒精灯对其加热的目的是____；
(4)如果加热相同的时间，质量相同的水和沙子，____（填“沙子”或“水”）升高的温度更高；
(5)实验中有些同学发现：刚开始加热时，情况与(4)结论不符，可能的原因是____； (6)小丽家住市中心，奶奶嫌城市夏天太热不住她家，这激发了她探究城乡温差原因的兴趣。她利用双休日时间和同学们一起在中午同一时刻测量了各个测试点的气温，并以此绘制出如图所示的“区域—温度”坐标图。
(a)从图中你发现____的温度比较高，这种现象我们称为“城市热岛效应”； (b)请结合图中数据以及你的经验，找出一个造成热岛效应的原因：____； (c)如何减少城市环境的热污染，请你提出一条合理化建议：____。
【答案】质量 初温 升高相同的温度比较它们的加热时间 使水和沙子在相同的时间内吸收的热量相同 沙子 沙子受热不均匀 市中心 水泥、混凝土的比热容小 多植树、建人工湖 【解析】 【分析】
=，物体吸收热量的多少与物体的质量和升高的温度有关，所以实验过程(1)根据Q cmΔt
中需控制沙子和水的质量和初温度相等；
(2)比较物体吸热本领的方法：吸收相同的热量，比较升高的温度；升高相同的温度，比较吸收的热量；
(3)实验中需控制水和沙子的受热情况相同，所以要选择两个相同的酒精灯；
=，沙子比热容小，升温就高；
(4)质量相同，加热相同的时间，根据Q cmΔt
(5)水可以进行对流，水的导热性较好；
(6)对于产生“城市热岛效应”原因可以从城市和农村的不同来分析，包括建筑物和道路；减少热污染要植树造林，多建绿地。
【详解】
(1)[1][2]实验前要控制水和沙子的质量和初温相同；
(2)[3]比较水和沙子升温的速度，可使水和沙子升高相同的温度，比较加热时间；也可给水和沙子加热相同的时间，比较升高的温度；
(3)[4]相同的酒精灯在相同的时间内放出的热量是相同的，为保证水和沙子在相等的时间内吸收的热量相同，需使用两个相同的酒精灯；
=，沙子比(4)[5]相同质量的水和沙子加热相同时间，说明吸收的热量相等，根据Q cmΔt
热容小，升温就高些；
(5)[6]由于水的导热性能比沙子的导热性能好，所以刚开始加热时，水升温快；
(6)[7](a)由统计数据可以看出，城市的温度较高；
[8](b)“城市热岛效应”主要是城市建筑多为砖瓦建筑，道路多为水泥路面，水泥道路和建筑物，它们的比热小，升温高；另外，城市汽车排放尾气多，尾气的热量也对空气升温起了作用；
[9](c)要解决“城市热岛效应”就要在城市中心多植树、建人工湖。
14．如图甲所示，是“探究物质的熔化规律”的实验装置。实验时先将固体物质和温度计分别放入试管内，再放入大烧杯的水中，观察固体的熔化过程。
（1）固体熔化图象如图丙所示，物质在熔化过程中，温度_____，此时温度如图乙所示，读数方法正确的是_____（填“A”“B”或“C”），该物质是_____（填“晶体”或“非晶体”）。（2）实验时若温度计的玻璃泡碰到试管底部，则测得试管内物质的温度值偏_____。
【答案】保持不变 B 晶体高
【详解】
(1)[1][2][3]由图乙知，A 俯视，读数会偏大，C 仰视，读数会偏小，B 读数方式正确；由于该物质在熔化过程中，温度保持不变，所以是晶体；
(2)[4]实验时若温度计的玻璃泡碰到试管底部，温度计的示数会受烧杯底部的影响，则测得试管内物质的温度值偏高。
15．图是小明和小华在观察“水的沸腾”实验中的情景，对水加热了很长时间后水才沸腾，他们记录的数据如下
时间/min (01234567891011)
水温/℃ (909192939495969798989898)
（1）在组装器材时，是按照由________到 ______的顺序。
（2）请指出他们在实验中操作错误之处： _____________。（答一点即可）
（3）在纠正错误后他们继续实验，观察到水沸腾时的现象如上图中的 ______（甲/乙）图，水沸腾时吸收热量，温度___（升高/不变/降低）。
（4）本次实验中水沸腾时的温度为 _________ ℃。
（5）根据记录在图中画出水的沸腾图像。
（_________）
（6）水沸腾时，杯口附近出现大量“白气”，“白气”是杯中的水蒸气 _______（填物态变化名称）形成的，该过程要_____（吸热/放热）
（7）实验中发现，水从开始加热到沸腾的这段时间过长，造成这种现象的原因可能是：_______。（给出一种原因即可）
【答案】下上温度计接触容器底（或视线未与温度计中液面相平）乙不变 98
液化放热水的初始温度太低或质量太大
【详解】
(1)[1][2]在组装器材时应该由下到上的顺序组装；
(2)[3]由图可知有一处错误是温度计读数时视线没有与液面的最低处相平；
(3)[4][5]水沸腾时气泡越来越大，最后到达液面破裂，故水沸腾时的现象为图乙所示。由记录的实验表格可知水在沸腾时吸收热量温度不变; (4)[6]由记录的实验表格可知水额沸点为98℃;
(5)[7]根据表格数据描点连线得水沸腾时的图像如图所示：
；
(6)[8][9]杯口附近出现大量“白气”，“白气”是杯中的水蒸气遇冷液化而成的。液化需要放热；
(7)[10]水从开始加热到沸腾的这段时间过长，造成这种现象的原因可能是水的初始温度太低或水的质量太大。
二、初中物理浮力类问题
16．质量相等的甲、乙两实心小球，密度之比ρ甲:ρ乙＝3:2，将它们分别放入水中静止时，两球所受的浮力之比F 甲:F 乙＝4：5，设水的密度为ρ水。则甲球的密度为（ ） A ．
43
ρ水 B ．
54
ρ水 C ．
32
ρ水 D ．
35
ρ水 【答案】B 【解析】 【分析】 【详解】
由于甲、乙两球质量相同，则由G =mg 可知两球重力相等，又由=m
V
ρ可知，两球体积之比等于密度的反比，即
V 甲:V 乙=ρ乙:ρ甲＝2:3
若两球均漂浮，由漂浮浮力等于重力可知，浮力应相等，与题目浮力比例冲突，则两球不都漂浮；若两球均浸没，排开液体体积等于物体体积，则由F gV ρ=浮液排可知，在液体密度相同的情况下，浮力之比等于排开液体体积之比，即
F 甲:F 乙＝V 甲:V 乙=2:3
与题目浮力比例不符，则综合可知，两球一个漂浮，一个浸没，根据浮沉条件可知，密度较小的漂浮，密度较大的浸没，即甲球浸没，乙球漂浮；设甲、乙重力均为G ，由于乙球漂浮，则乙球所受浮力等于重力，根据甲、乙浮力之比可求甲球所受浮力为
44=55
F F
G =
浮甲浮乙 根据F gV ρ=浮液排可得
4
=5
G gV ρ甲水 整理可得
5=
=4
G gV ρρ甲水甲 故选B 。
17．底面积为的平底圆柱形容器内装有适量的水，放置于水平桌面上. 现将体积为500cm 3
、重为3N 的木块A 轻放入容器内的水中，静止时如图甲所示. 若将一重为6N 的物体B 用细绳系于A 的下方，使A 恰好浸没在水中（水未溢出），如图乙所示，不计绳的重力及其体积. 则（ ）
A ．物体
B 的密度为1.5×103kg/m 3 B ．物体B 的体积为150cm 3
C ．容器对桌面的压强增加800Pa
D ．绳子受到的拉力为4N
【答案】A 【解析】 【分析】
本题综合考查压强，浮力综合应用能力，选取合适的研究对象分析受力，结合浮力、压强有关知识求解。 【详解】
AB ．如图乙所示，A 恰好浸没在水中是，物体AB 悬浮，物体AB 所受浮力等于重力，即
A B F G G =+浮
ρ=+水排A B gV G G
排开水的总体积为
433A B 33
3N+6N
=910m 900cm 1.010kg m 10N kg
G G V g ρ-+=
=?=??排水 又因为物体A 的体积为3500cm ， 所以物体B 的体积为
333B A 900cm 500cm 400cm V V
V =-=-=排
物体B 的质量为
B B 6N
0.6kg=600g 10N kg
G m g =
== 物体B 的密度为
333B B 3B 600g
=
1.5g cm 1.510kg m 400cm
m V ρ===? 故A 项符合题意，B 项不符合题；
C ．放上B 物体后，桌面对容器的压力增大了
B =G =6N F ?压
容器对桌面的压强增加
426N
=600Pa 10010m
F p S -??=
=? 故C 项不符合题；
D ．以B 物体为研究对象，B 物体受到向上的浮力和绳子对它的拉力作用，受到向下的重力作用，即
F F
G +=浮拉
又因为B 物体所受浮力为
3363B B 1.010kg m 10N kg 40010m =4N F gV ρ-==????浮水
则绳子对B 物体的拉力为
64N=2N F G F N =-=-浮拉
绳子对B 物体的拉力与B 物体对绳子的拉力是一对相互作用力则 绳子受到的拉力为2N ，故D 选项不符合题意。 故选A 。
18．如图（1）所示，边长为10cm 的立方体木块A 通过细线与圆柱形容器底部相连，容器中液面与A 上表面齐平。从打开容器底部的抽液机匀速向外排液开始计时，细线中拉力F 随时间t 的变化图像如图（2）所示。木块密度ρ = 0.5×103kg/m 3，容器底部面积为200 cm 2，g = 10N/kg 。下列说法中正确的是（ ）
A ．随着液体的排出，木块受到的浮力不断减小
B ．容器中的液体是酒精
C ．抽液机每秒钟排出液体的质量是10g
D．第 30s 时，木块露出液面的高度是 2cm
【答案】C
【解析】
【分析】
【详解】
A．随着液体的排出，液面下降，浮力减小，绳子的拉力减小，但减小到0以后，再随着液体的排出，木块所受到的浮力就不变了，故A错误；
B．当t=0时，A与液面的上表面相平，此时A受到重力、绳子的拉力及液体对它的浮力的作用，故存在平衡关系
因为木块的重力
故木块受到的浮力
由得液体的密度
这种液体是水，故B错误；
C．当绳子的拉力为0时，木块漂浮
由求出此时排开液体的体积
木块浸入液体中的深度为
故排出液体的质量
排出液体的时间为50s，故每秒钟排出液体的质量10g，故C正确；
D．第30s时，抽出水的质量为
故露出液面的高度为
故D错误。
故选C。
【点睛】
二力平衡、浮力及阿基米德原理的综合计算。
19．体积相同的铜、铁、铝和木四个小球，放入水中静止时如图，已知这四个小球的密度关系是ρρρρρ>>>>铜铁铝水木头，则下列判断正确的是：( )
A ．铝球、木球一定是实心的，铜球和铁球一定是空心的
B ．四个小球所受的浮力关系是：F F F F >>=铜木头铁铝
C ．四个小球的重力关系是：G G G G >>>铜铝铁木头
D ．四个小球的质量关系是：m m m m >>>铜铝铁木头 【答案】C 【解析】 【分析】 【详解】
A ．由图可知铜球漂浮、铁球悬浮，二者一定是空心的；铝球下沉、木块漂浮，可能实心、也可能是空心，故A 错误；
B ．由F gV ρ=浮液排，而且V V V V <<=排铜排木排铁排铝得，受到的浮力
F F F F <<=铜木铁铝
故B 错误；
C ．由题意可知铜球、木球漂浮，铁球悬浮，铝球沉底，根据物体的浮沉条件知
F G F G F G F G ===<铜铜木木铁铁铝铝、、、
所以
G G G G <<<铜木铁铝
故C 正确； D ．由G =mg 可知，
m m m m <<<铜木铁铝
故D 错误。 故选C 。
20．如图所示，试管A 漂浮在水面上，试管B 悬浮在水中，试管A 与试管B 都封闭有一定量的空气，以下说法正确的是：( )
A ．将试管A 上提一微小距离放手后试管A 不会回到原来位置
B ．将试管A 下压一微小距离，放手后试管A 会回到原来位置
C ．将试管B 上提一微小距离，放手后试管B 会回到原来位置
D ．将试管B 下压一微小距离，放手后试管B 会回到原来位置 【答案】B 【解析】 【分析】 【详解】
AB ．A 试管：设试管中空气的压强为p ，大气压强为p 0，试管中水面到容器中水面的距离为h ，试管重为G ，顶部的面积为S ，则试管受到内部空气对它向上的压力，其大小为
F pS =，大气对它向下的压力为
00F p S =
试管静止时
0F F G -=
即
0pS p S G -=
解得
0G
p p S
=
- 所以p 不变，由于p gh ρ=，可知h 不变，则排V 不变，试管所受浮力不变，不管上提、下压，放手后，试管还会回到原来位置，A 错B 对；
CD ．B 试管：上提时，试管内空气柱的下表面受到水的压强减小，气体体积增大，即排V 增大，所受到的浮力增大，所以放手后会上浮；下压时，相反会下沉，CD 错误。 故选B 。
21．桌面上容器内盛有水，在一试管里面放一小球后，浮在水面上。如图所示，现将小球取出，放入水中，下沉容器底部，试管仍浮在水面上，则（ ）
A ．液面下降
B ．液面上升
C ．容器底受到水的压强不变
D ．桌面受到的压强变小
【答案】A
【解析】 【分析】 【详解】
AB ．当小球在试管中时，试管处于漂浮状态，浮力等于试管和小球的总重力；当将小球取出并放入杯内水中时，小球下沉，试管仍竖直漂浮在水面上，小球受到的浮力小于重力，试管受到的浮力等于其重力，即总浮力减小；由F gV ρ=浮水排可知，排开水的体积减小，即大烧杯中的水面降低，故A 符合题意，B 不符合题意；
C ．烧杯中的水面降低，由p gh ρ=可知，大烧杯底部受到的液体的压强变小，故C 不符合题意；
D ．将小球取出，放入水中，烧杯、水、试管、小球的总重力不变，对桌面的压力不变，
根据F
p S
=
知桌面受到的压强不变，故D 不符合题意。 故选A 。
22．如图所示,装有石块的小船浮在水面上时,所受浮力为1F ,当把石块卸入水中后,小船所浮力为2F ,池底对石块的支持力为N ,这时( )
A ．石块所受的浮力为12F F N --
B ．池底所受压力减小了N
C ．石块所受的重力大于12F F -
D ．船所排开水的体积减少了
2
N F g ρ+水
【答案】A 【解析】 【详解】
AC ．装有石块的小船浮在水面上时，所受浮力为1F ，由漂浮条件可知：
1F G G =+石船
当把石块卸入水中后，小船所浮力为2F ，则：
2F G =船
所以：
12G F F =-石
故C 项不符合题意；
石块静止在池底时受力平衡，所以：
F N
G +=石浮
石块所受的浮力：
12F G N F F N =-=--石浮
故A 项符合题意；
B ．由图可知，由图水池粗细均匀，所以池底受到的压力等于池中物体的总重力，石块投入水中前面，水、小船、石块的总重力不变，所以池底受到的压力不变，故B 项不符合题意；
D ．由A 知，石块放入水中后船受到的浮力减小：
12F F F G ?=-=石浮船
由阿基米德原理可知船减小的排开水体积：
12
F F V g
ρ-?=
排水 石块沉入中静止时：
G F N =+石浮
则：
12F F F N -=+浮
所以：
2112N F F F F F +=+-浮＞
故D 项不符合题意；
23．小红将一块橡皮泥做成船的形状，放在盛有水的烧杯中，发现它漂浮在水面上，然后她再将橡皮泥捏成团放入水中，橡皮泥沉入水底。比较前后两种情况，下列说法正确的是（ ）
A ．橡皮泥漂浮时受到的重力比它沉底时受到的重力小
B ．橡皮泥漂浮时受到的浮力比它沉底时受到的浮力大
C ．橡皮泥沉底时受到的浮力等于它的重力
D ．橡皮泥沉底时排开水的体积与它漂浮时排开水的体积相等 【答案】B 【解析】 【分析】 【详解】
A ．物体的重力在水中漂浮和沉底时都不会改变，所以A 错误；
BC ．漂浮时浮力等于橡皮泥的重力，沉底时浮力小于橡皮泥的重力，所以漂浮时的浮力大于沉底时的浮力，故B 正确，C 错误；
D ．沉底时和漂浮时受到的浮力不等，所以排开水的体积也不等，故D 错误。 故选B 。
P 175 8.1在0x =的邻区域内，求解下列方程： (1) 2 (1)0x y''xy'y -+-= 解：依题意将方程化为标准形式2 2 10(1) (1) x y''y'y x x + - =-- 2 ()(1) x p x x = -，2 1()(1) q x x =- - 可见0x =是方程的常点． 设方程的级数解为0 ()n n n y x c x ∞ == ∑，则1 1 ()n n n y'x nc x ∞ -== ∑，2 2 ()(1)n n n y''x n n c x ∞ -== -∑ 代入原方程得2 2 2 1 2 2102 2 2 1 (1)(1)0(1)(1)0 n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n c x x n n c x x nc x c x n n c x n n c x nc x c x ∞ ∞ ∞ ∞ ---====∞ ∞ ∞ ∞ -====---+- =? -- -+ - =∑∑∑∑∑∑∑∑ 由0 x 项的系数为0有：202012102 c c c c ?-=?= 由1 x 项的系数为0有：311313200 (0)c c c c c ?+-=?=≠ 由2x 项的系数为0有：42224201143212012 24 c c c c c c c ?-?+-=?= = 由3 x 项的系数为0有：533355432300c c c c c ?-?+-=?= 由4x 项的系数为0有：64446403165434010 80 c c c c c c c ?-?+-=?= = 由5 x 项的系数为0有：755577654500c c c c c ?-?+-=?= 由6 x 项的系数为0有：866686025587656056 896 c c c c c c c ?-?+-=?== …… ∴ 方程的级数解为 2 4 6 8 0100000 1115()2 24 80 896 n n n y x c x c c x c x c x c x c x ∞== =++ + + + +???∑
复变函数与积分变换 综合试题（一） 一、单项选择题(本大题共10小题，每小题2分，共20分) 在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。 1．设cos z i =，则（ ） A ． Im 0z = B ．Re z π= C ．0z = D ．argz π= 2．复数3(cos ,sin )55z i ππ =--的三角表示式为（ ） A ．443(cos ,sin )55i ππ- B ．443(cos ,sin )55i ππ- C ．44 3(cos ,sin )55i ππ D ．44 3(cos ,sin )55 i ππ-- 3．设C 为正向圆周|z|=1，则积分 ?c z dz ||等于（ ） A ．0 B ．2πi C ．2π D ．－2π 4．设函数()0 z f z e d ζζζ= ? ，则()f z 等于（ ） A ．1++z z e ze B ．1-+z z e ze C ．1-+-z z e ze D ．1+-z z e ze 解答： 5．1z =-是函数 4 1) (z z cot +π的（ ） A ． 3阶极点 B ．4阶极点 C ．5阶极点 D ．6阶极点 6．下列映射中，把角形域0arg 4 z π << 保角映射成单位圆内部|w|<1的为（ ） A ．4411z w z +=- B ．44-11z w z =+ C ．44z i w z i -=+ D ．44z i w z i +=- 7. 线性变换[]i i z z i z a e z i z i z a θω---= =-++- ( ） A.将上半平面Im z >0映射为上半平面Im ω>0 B.将上半平面Im z >0映射为单位圆|ω|<1 C.将单位圆|z|<1映射为上半平面Im ω>0 D.将单位圆|z|<1映射为单位圆|ω|<1 8.若()(,)(,)f z u x y iv x y =+在Z 平面上解析，(,)(cos sin )x v x y e y y x y =+，则(,)u x y = （ ） A.(cos sin )y e y y x y -) B.(cos sin )x e x y x y -
天津工业大学（2009—2010学年第一学期） 《数学物理方法》(A)试卷解答2009.12 理学院) 特别提示：请考生在密封线左侧的指定位置按照要求填写个人信息,若写在其它处视为作弊。本试卷共有四道大题,请认真核对后做答,若有疑问请与监考教师联系。 一 填空题(每题3分,共10小题) 1. 复数 i e +1 的指数式为：i ee ； 三角形式为：)1sin 1(cos i e + . 2. 以复数 0z 为圆心，以任意小正实数ε 为半径作一圆，则圆内所有点的集合称为0z 点的 邻域 . 3. 函数在一点可导与解析是 不等价的 (什么关系？). 4. 给出矢量场旋度的散度值，即=????f ? 0 . 5. 一般说来，在区域内，只要有一个简单的闭合曲线其内有不属 ------------------------------- 密封线 ---------------------------------------- 密封线 ---------------------------------------- 密封线--------------------------------------- 学院 专业班 学号 姓名 装订线 装订线 装订线
于该区域的点，这样的区域称为 复通区域 . 6. 若函数)(z f 在某点0z 不可导，而在0z 的任意小邻域内除0z 外处处可导，则称0z 为)(z f 的 孤立奇点 . 7. δ函数的挑选性为 ? ∞ ∞ -=-)()()(00t f d t f ττδτ. 8. 在数学上，定解条件是指 边界条件 和 初始条件 . 9. 常见的三种类型的数学物理方程分别为 波动方程 、 输运方程 和 稳定场方程 . 10. 写出l 阶勒让德方程: 0)1(2)1(222 =Θ++Θ -Θ-l l dx d x dx d x . 二 计算题(每小题7分，共6小题) 1. )(z 的实部xy y x y x u +-=22),(，求该解析函数
第七章 数学物理定解问题 1．研究均匀杆的纵振动。已知0=x 端是自由的，则该端的边界条件为 __。 2．研究细杆的热传导，若细杆的0=x 端保持绝热，则该端的边界条件为 。 3．弹性杆原长为l ，一端固定，另一端被拉离平衡位置b 而静止，放手任其振动，将其平衡位置选在x 轴上，则其边界条件为 00,0x x l u u ==== 。 4．一根长为l 的均匀弦，两端0x =和x l =固定，弦中力为0T 。在x h =点，以横向力0F 拉弦，达到稳定后放手任其振动，该定解问题的边界条件为___ f (0)=0,f (l )=0; _____。 5、下列方程是波动方程的是 D 。 A 2tt xx u a u f =+； B 2 t xx u a u f =+； C 2t xx u a u =； D 2tt x u a u =。 6、泛定方程20tt xx u a u -=要构成定解问题，则应有的初始条件个数为 B 。 A 1个； B 2个； C 3个； D 4个。 7．“一根长为l 两端固定的弦，用手把它的中 点朝横向拨开距离h ，（如图〈1〉所示）然后放 手任其振动。”该物理问题的初始条件为( D )。 A ．?????∈-∈==] ,2[),(2]2,0[,2l l x x l l h l x x l h u o t B ．???? ?====00 t t t u h u C ．h u t ==0 D ．???????=???? ?∈-∈===0 ],2[),(2]2,0[,200t t t u l l x x l l h l x x l h u 8．“线密度为ρ，长为l 的均匀弦，两端固定，开始时静止，后由于在点)0(00l x x <<受谐变 u x h 2 /l 0 u 图〈1〉
第七章 数学物理定解问题 1. 一根两端(左端为坐标原点而右端l x =）固定的弦，用手在离弦左端长为5/1处把弦朝横向拨开距离h ，然后放手任其振动。横向位移),(t x u 的初始条件为 ???≤<-≤≤==)5/()4/()(5)5/0(/5,0l x l l x l h l x l hx u u t 。 2.数学物理方程定解问题的适定性是指解的_存在性__，__唯一性__，__稳定性_。 3.一根两端(左端为坐标原点而右端l x =）固定的弦，用手在离弦左端长为3/l 处 把弦朝横向拨开距离h ，然后放手任其振动。横向位移),(t x u 的初始条件为 .0)0,(u ; )3/( ,2/)(3)0,( )3/0( ,/3)0,(t =≤≤-=≤≤=x l x l l x l h x u l x l hx x u 和 4. 一根两端(左端为坐标原点而右端l x =）固定的弦，用手在离弦左端长为5/9处 把弦朝横向拨开距离h ，然后放手任其振动。横向位移),(t x u 的初始条件为、 95,[0,]59(,)9()5,[,]49t hx l x l u x t h l x l x l l =?∈??=?-?∈??。 5. 一根两端(左端为坐标原点而右端l x =）固定的弦，用手在离弦左端长为3/2处把弦朝横向拨开距离h ，然后放手任其振动。横向位移),(t x u 的初始条件为 ???≤<-≤≤==)3/2(/)(3)3/20(2/3,0l x l l x l h l x l hx u u t 。 6.一根两端(左端为坐标原点而右端l x =）固定的弦，用手在离弦左端长为6/l 处 把弦朝横向拨开距离h ，然后放手任其振动。横向位移),(t x u 的初始条件为 。 7. 一根两端(左端为坐标原点而右端l x =）固定的弦，用手在离弦左端四分之一
典型习题 一、填空题： 1 的值为 ， ， 。 2 、1-+的指数表示为_________ ,三角表示为 。 3、幂级数2 k k=1(k!)k z k ∞ ∑的收敛半径为 。 4、ln(5)-的值为 。 5、均匀介质球，半径为0R ，在其中心置一个点电荷Q 。已知球的介电常数为 ε，球外为真空，则电势所满足的泛定方程为 、 。 6、在单位圆的上半圆周，积分1 1||__________z dz -=?。 7、长为a 的两端固定弦的自由振动的定解问问题 。 8、具有轴对称性的拉普拉斯方程的通解为 。 9、对函数f(x)实施傅里叶变换的定义为 ，f （k ）的傅里叶逆变换为 。 10、对函数f(x)实施拉普拉斯变换的定义为 。 二、简答题 1、已知()f z u iv =+是解析函数，其中22 v(x,y)=x y +xy -，求 (,)u x y 。 2、已知函数1w z = ，写出z 平面的直线Im 1z =在w 平面中的,u v 满足的方程。 3、将函数21()56f z z z =-+在环域2||3z <<及0|2|1z <-<内展开成洛朗级数． 4、长为L 的弹性杆，一端x=0固定，另一端沿杆的轴线方向被拉长p 后静止（在弹性限度内），突然放手后任其振动。试写出杆的泛定方程及定解条件。 三、计算积分： 1. ||22(1)(21)z zdz I z z ==-+? 2．||2sin (3)z zdz I z z ==+? 3.22202(1)x I dx x ∞ =+? 4.||1(31)(2) z zdz I z z ==++? 5. ||23cos z zdz I z ==? 6. 240x dx 1x I ∞=+? 7、0sin x dx x ∞ ? 8、20cos 1x dx x ∞+? 四、使用行波法求解下列方程的初值问题
数学物理方法习题解答 一、复变函数部分习题解答 第一章习题解答 1、证明Re z 在z 平面上处处不可导。 证明：令Re z u iv =+。Re z x =，,0u x v ∴==。 1u x ?=?，0v y ?=?， u v x y ??≠??。 于是u 与v 在z 平面上处处不满足C －R 条件， 所以Re z 在z 平面上处处不可导。 2、试证()2 f z z = 仅在原点有导数。 证明：令()f z u iv =+。()2 2222,0f z z x y u x y v ==+ ∴ =+=。 2,2u u x y x y ??= =??。v v x y ?? ==0 ??。 所以除原点以外，,u v 不满足C －R 条件。而 ,,u u v v x y x y ???? , ????在原点连续，且满足C －R 条件，所以()f z 在原点可微。 ()00 00x x y y u v v u f i i x x y y ====???????? '=+=-= ? ?????????。 或：()()()2 * 00 0lim lim lim 0z z x y z f z x i y z ?→?→?=?=?'==?=?-?=?。 2 2 ***0* 00lim lim lim()0z z z z z z z zz z z z z z z z z =?→?→?→+?+?+??==+??→???。 【当0,i z z re θ≠?=，*2i z e z θ-?=?与趋向有关，则上式中**1z z z z ??==??】
3、设333322 ()z 0 ()z=0 0x y i x y f z x y ?+++≠? =+??? ，证明()z f 在原点满足C －R 条件，但不可微。 证明：令()()(),,f z u x y iv x y =+，则 ()332222 22 ,=0 0x y x y u x y x y x y ?-+≠? =+?+??， 332222 22 (,)=0 0x y x y v x y x y x y ?++≠? =+?+?? 。 3 300(,0)(0,0)(0,0)lim lim 1x x x u x u x u x x →→-===， 3300(0,)(0,0)(0,0)lim lim 1y y x u y u y u y y →→--===-； 3300(,0)(0,0)(0,0)lim lim 1x x x v x v x v x x →→-===， 3300(0,)(0,0)(0,0)lim lim 1y y x v y v y v y y →→-===。 (0,0)(0,0),(0,0)(0,0)x y y x u v u v ∴ = =- ()f z ∴ 在原点上满足C －R 条件。 但33332200()(0)() lim lim ()()z z f z f x y i x y z x y x iy →→--++=++。 令y 沿y kx =趋于0，则 333333434322222 0()1(1)1(1) lim ()()(1)(1)(1)z x y i x y k i k k k k i k k k x y x iy k ik k →-++-++-++++-+==+++++ 依赖于k ，()f z ∴在原点不可导。 4、若复变函数()z f 在区域D 上解析并满足下列条件之一，证明其在区域D 上
嘉应学院物理系《数学物理方法》B课程考试题 一、简答题（共70 分） 1、试阐述解析延拓的含义。解析延拓的结果是否唯一（ 6 分） 解析延拓就是通过函数的替换来扩大解析函数的定义域。替换函数在原定义域上与替换前的函数 相等。 无论用何种方法进行解析延拓，所得到的替换函数都完全等同。 2、奇点分为几类如何判别（6分） 在挖去孤立奇点Zo 而形成的环域上的解析函数F（ z）的洛朗级数，或则没有负幂项，或则 只有有限个负幂项，或则有无限个负幂项，我们分别将Zo 称为函数 F（ z）的可去奇点，极点及本性奇点。 判别方法：洛朗级数展开法 A，先找出函数f(z)的奇点； B，把函数在的环域作洛朗展开 1）如果展开式中没有负幂项，则为可去奇点； 2）如果展开式中有无穷多负幂项，则为本性奇点； 3）如果展开式中只有有限项负幂项，则为极点，如果负幂项的最高项为，则为m阶奇点。 3、何谓定解问题的适定性（ 6 分） 1，定解问题有解； 2，其解是唯一的； 3，解是稳定的。满足以上三个条件，则称为定解问题 的适定性。 4、什么是解析函数其特征有哪些（ 6 分） 在某区域上处处可导的复变函数 称为该区域上的解析函数. 1）在区域内处处可导且有任意阶导数 . u x, y C1 2）这两曲线族在区域上正交。 v x, y C2 3）u x, y 和 v x, y 都满足二维拉普拉斯方程。(称为共轭调和函数 ) 4）在边界上达最大值。 4、数学物理泛定方程一般分为哪几类波动方程属于其中的哪种类型（ 6 分）
数学物理泛定方程一般分为三种类型：双曲线方程、抛物线方程、椭圆型偏微分方程。波动方程属于其中的双曲线方程。 5、写出 (x) 挑选性的表达式（ 6 分） f x x x 0 dx f x 0 f x x dx f 0 f (r ) ( r R 0 ) dv f ( R 0 ) 、写出复数 1 i 3 的三角形式和指数形式（ 8 分） 6 2 cos isin 1 3 2 i 2 三角形式： 2 sin 2 cos 2 1 i 3 cos i sin 2 3 3 1 指数形式：由三角形式得： 3 i z e 3 、求函数 z 在奇点的留数（ 8 分） 7 1)( z 2) 2 (z 解： 奇点：一阶奇点 z=1；二阶奇点： z=2 Re sf (1) lim (z 1) z 1 ( z 1)( z 2) 2 z 1
第八章 习题答案 8.1-1 证明递推公式： （1）()()()x l x x x l l l P P P 1=' -'- （2）()()()()x l x x x l l l P 1P P 1+=' -'+ （3）()()()()x l x x l l l P 12P P 11+=' -'-+ 证明：基本递推公式 ()()()()()x l x l x x l l l l 11P 1P P 12+-++=+ ① ()()()()x x x x x l l l l ' -'+'=-+P 2P P P 11 ② （1）将①式对x 求导后可得： ()()()()()()()x l x l x l x x l l l l l '++'=++'++-11P 1P P 12P 12 ③ 由③-()?+1l ②可得 （目的：消去()x l ' +1P ） ()()()()()()x l x l x x l l l l P 1P 12P 12+-++'+ ()()()()()x l x x l x l l l l '++'+-'=--P 12P 1P 11 整理可得：()()()x l x x x l l l P P P 1=' -'- （2）将()()()x l x x x l l l P P P 1=' -'-乘以l 得： ()()()x l x l x lx l l l P P P 21=' -'- ④ 由③-④得 （目的：消去()x l ' -1P ） ()()()()()()x l x l x x l l l l '+=++'++12P 1P 1P 1 整理可得：()()()()x l x x x l l l P 1P P 1+=' -'+ （3）由2×③-()12+l ×②可得： （目的：消去()x l ' P ） ()()()()()()x l x l x l l l l '++'+++-+11P 12P 12P 24 ()()()()()x l x l x l l l l P 12P 22P 211++' ++'+- 整理可得：()()()()x l x x l l l P 12P P 11+=' -'-+
福师大物理系《数学物理方法》B 课程考试题 一、简答题（共70分） 1、试阐述解析延拓的含义。解析延拓的结果是否唯一？（6分） 解析延拓就是通过函数的替换来扩大解析函数的定义域。替换函数在原定义域上与替换前的函数相等。 无论用何种方法进行解析延拓，所得到的替换函数都完全等同。 2、奇点分为几类？如何判别？（6分） 在挖去孤立奇点Zo而形成的环域上的解析函数F（z）的洛朗级数，或则没有负幂项，或则只有有限个负幂项，或则有无限个负幂项，我们分别将Zo称为函数F（z）的可去奇点，极点及本性奇点。 判别方法：洛朗级数展开法 A，先找出函数f(z)的奇点； B，把函数在的环域作洛朗展开 1）如果展开式中没有负幂项，则为可去奇点； 2）如果展开式中有无穷多负幂项，则为本性奇点； 3）如果展开式中只有有限项负幂项，则为极点，如果负幂项的最高项为，则为m阶奇点。 3、何谓定解问题的适定性？（6分） 1，定解问题有解；2，其解是唯一的；3，解是稳定的。满足以上三个条件，则称为定解问题的适定性。 4、什么是解析函数？其特征有哪些？（6分） 在某区域上处处可导的复变函数 称为该区域上的解析函数. 1）在区域内处处可导且有任意阶导数. 2） () () ? ? ? = = 2 1 , , C y x v C y x u 这两曲线族在区域上正交。 3）()y x u,和()y x v,都满足二维拉普拉斯方程。(称为共轭调和函数) 4）在边界上达最大值。 4、数学物理泛定方程一般分为哪几类？波动方程属于其中的哪种类型？（6分）
数学物理泛定方程一般分为三种类型：双曲线方程、抛物线方程、椭圆型偏微分方程。波动方程属于其中的双曲线方程。 5、写出)(x δ挑选性的表达式（6分） ()()()()()()?????????=-==-???∞ ∞∞-∞∞ -)()()(00000R f dv R r r f f dx x x f x f dx x x x f δδδ 6、写出复数2 31i +的三角形式和指数形式（8分） 三角形式：()3sin 3cos 231cos sin 2 321isin cos 222ππ? ?ρ??ρi i i +=++=+=+ 指数形式：由三角形式得： 313πρπ?i e z === 7、求函数 2)2)(1(--z z z 在奇点的留数（8分） 解： 奇点：一阶奇点z=1；二阶奇点：z=2 1)2)(1()1(lim Re 21)1(=????? ?---=→z z z z sf z
《数学物理方法》课程教学大纲 （供物理专业试用） 课程编码：140612090 学时：64 学分：4 开课学期：第五学期 课程类型：专业必修课 先修课程：《力学》、《热学》、《电磁学》、《光学》、《高等数学》 教学手段：（板演） 一、课程性质、任务 1．《数学物理方法》是物理教育专业本科的一门重要的基础课，它是前期课程《高等数学》的延伸，为后继开设的《电动力学》、《量子力学》和《电子技术》等课程提供必需的数学理论知识和计算工具。本课程在本科物理教育专业中占有重要的地位，本专业学生必须掌握它们的基本内容，否则对后继课的学习将会带来很大困难。在物理教育专业的所有课程中，本课程是相对难学的一门课，学生应以认真的态度来学好本课程。 2．本课程的主要内容包括复变函数、傅立叶级数、数学物理方程、特殊函数等。理论力学中常用的变分法，量子力学中用到的群论以及现代物理中用到的非线性微分方程理论等，虽然也属于《数学物理方法》的内容，但在本大纲中不作要求。可以在后续的选修课中加以介绍。 3．《数学物理方法》既是一门数学课程，又是一门物理课程。注重逻辑推理和具有一定的系统性和严谨性。但是，它与其它的数学课有所不同。本课程内容有很深广的物理背景，实用性很强。因此，在这门课的教学过程中，不能单纯地追求理论上的完美、严谨，而忽视其应用。学生在学习时，不必过分地追求一些定理的严格证明、复杂公式的精确推导，更不能死记硬背，而应重视其应用技巧和处理方法。
4．本课程的内容是几代数学家与物理学家进行长期创造性研究的成果，几乎处处都闪耀创新精神的光芒。教师应当提示学生注意在概念建立、定理提出的过程中所用的创新思维方法，在课堂教学中应尽可能地体现历史上的创造过程，提高学生的创造性思维能力。二、课程基本内容及课时分配 第一篇复数函数论 第一章复变函数（10） 教学内容： §1.1．复数与复数运算。复平面，复数的表示式，共轭复数，无穷远点，复数的四则运算，复数的幂和根式运算，复数的极限运算。 §1.2．复变函数。复变函数的概念，开、闭区域，几种常见的复变函数，复变函数的连续性。 §1.3．导数。导数，导数的运算，科希—里曼方程。 §1.4．解析函数。解析函数的概念，正交曲线族，调和函数。 §1.5．平面标量场。稳定场，标量场，复势。 第二章复变函数的积分（7） 教学内容： §2.1．复数函数的积分，路积分及其与实变函数曲线积分的联系。 §2.2．科希定理。科希定理的内容和应用，孤立奇点，单通区域，复通区域，回路积分。 §2.3．不定积分*。原函数。 §2.4．科希公式。科希公式的导出，高阶导数的积分表达式。（模数原理及刘维定理不作要求） 第三章幂级数展开（9） 教学内容：
2. 试解方程：()0,04 4 >=+a a z 44424400000 ,0,1,2,3 ,,,,i k i i z a a e z ae k ae z i i πππ π ωωωωω+=-=====--若令则 1．计算： （1） i i i i 524321-+ -+ （2） y = （3） 求复数2 12?? + ? ??? 的实部u 和虚部v 、模r 与幅角θ (1) 原式= ()()()12342531081052 916 2525255 i i i i i i +?+-?+-++=+=-+-- （2） 3 32( )10205 2(0,1,2,3,4)k i e k ππ+==原式 (3) 2 223 221cos sin cos sin ,3333212u v 1,2k ,k 0,1,2,223 i i i e r π πππππ θπ??==+=+==- ?????=-===+=±±L 原式所以：， 3．试证下列函数在z 平面上解析,并分别求其导数. (1)()()y i y y ie y y y x e x x sin cos sin cos ++- 3.
()()()()()()()()cos sin ,cos sin ,cos sin cos ,sin sin cos ,cos sin sin sin ,cos sin cos ,,,x x x x x x x x u e x y y y v e y y x y u e x y y y e y x u e x y y y y y v e y y x y e y y x v e y y y x y y u v u v x y y x u v z f z u iv z u f z =-=+?=-+??=---??=++??=-+?????==-????=+?'= ?证明：所以：。 由于在平面上可微 所以在平面上解析。()()()cos sin cos cos sin sin .x x x x v i e x y y y e y i e y y x y e y x x ?+=-++++? 由下列条件求解析函数()iv u z f += (),1,22i i f xy y x u +-=+-= 解： ()()()()()()()222222222212,2,21 2,2,,,2112, 2211 1,0,1,1,, 221112. 222u v x y v xy y x x y v u v y x y x x x x x c x y x f z x y xy i xy y x c f i i x y c c f z x y xy i xy x y ??????==+∴=++?????''=+=-=-+∴=-=-+?????=-+++-+ ??? =-+==+==? ?=-++-++ ?? ?而即所以由知带入上式，则则解析函数 2. ()21,3,,.i i i i i i e ++试求
数学物理方法课程教学大纲 一、课程说明 （一）课程名称：数学物理方法 所属专业：物理、应用物理专业 课程性质：数学、物理学 学分：5 （二）课程简介、目标与任务 这门课主要讲授物理中常用的数学方法，主要内容包括线性空间和线性算符、复变函数、积分变换和δ-函数、数学物理方程和特殊函数等，适当介绍近年来的新发展、新应用。本门课程是物理系学生建立物理直观的数学基础，其中很多内容是为后续物理课程如量子力学、电动力学等服务，是其必需的数学基础。 这门课中的一些数学手段将在今后的基础研究和工程应用中发挥重要的作用，往往构成了相应领域的数学基础。一般来讲，因为同样的方程有同样的解，掌握和运用这些数学方法所体现的物理内容将更深入，更本质。 （三）先修课程要求，与先修课与后续相关课程之间的逻辑关系和内容衔接 本课程以普通物理、高等数学和部分线性代数知识为基础，为后继的基础课程和专业课程研究有关的数学问题作准备，也为今后工作中遇到的数学物理问题求解提供基础。 （四）教材：《数学物理方法》杨孔庆编 参考书：1. 《数学物理方法》柯朗、希尔伯特著 2. 《特殊函数概论》王竹溪、郭敦仁编著 3. 《物理中的数学方法》李政道著 4. 《数学物理方法》梁昆淼编 5. 《数学物理方法》郭敦仁编 6. 《数学物理方法》吴崇试编 二、课程内容与安排 第一部分线性空间及线性算子 第一章R3空间的向量分析 第一节向量的概念 第二节R3空间的向量代数
第三节R3空间的向量分析 第四节R3空间的向量分析的一些重要公式 第二章R3空间曲线坐标系中的向量分析 第一节R3空间中的曲线坐标系 第二节曲线坐标系中的度量 第三节曲线坐标系中标量场梯度的表达式 第四节曲线坐标系中向量场散度的表达式 第五节曲线坐标系中向量场旋度的表达式 第六节曲线坐标系中Laplace（拉普拉斯）算符▽2的表达式第三章线性空间 第一节线性空间的定义 第二节线性空间的内积 第三节Hilbert（希尔伯特）空间 第四节线性算符 第五节线性算符的本征值和本征向量 第二部分复变函数 第四章复变函数的概念 第一节映射 第二节复数 第三节复变函数 第五章解析函数 第一节复变函数的导数 第二节复变函数的解析性 第三节复势 第四节解析函数变换 第六章复变函数积分 第一节复变函数的积分 第二节Cauchy（柯西）积分定理 第三节Cauchy（柯西）积分公式 第四节解析函数高阶导数的积分表达式 第七章复变函数的级数展开
数学物理方法习题解答 一、复变函数部分习题解答 第一章习题解答 1、证明Re z 在z 平面上处处不可导。 证明：令Re z u iv =+。Re z x =，,0u x v ∴==。 1u x ?=?，0v y ?=?， u v x y ??≠??。 于是u 与v 在z 平面上处处不满足C －R 条件， 所以Re z 在z 平面上处处不可导。 2、试证()2 f z z = 仅在原点有导数。 证明：令()f z u iv =+。()2 2222,0f z z x y u x y v ==+ ∴ =+=。 2,2u u x y x y ??= =??。v v x y ?? ==0 ??。 所以除原点以外，,u v 不满足C －R 条件。而 ,,u u v v x y x y ???? , ????在原点连续，且满足C －R 条件，所以()f z 在原点可微。 ()00 00 00x x y y u v v u f i i x x y y ====???????? '=+=-= ? ?????????。 或：()()()2 * 00 0lim lim lim 0z z x y z f z x i y z ?→?→?=?=?'==?=?-?=?。 2 2 ***0* 00lim lim lim()0z z z z z z z zz z z z z z z z z =?→?→?→+?+?+??==+??→???。 【当0,i z z re θ≠?=，*2i z e z θ-?=?与趋向有关，则上式中**1z z z z ??==??】
3、设333322 ()z 0 ()z=0 0x y i x y f z x y ?+++≠? =+??? ，证明()z f 在原点满足C －R 条件，但不可微。 证明：令()()(),,f z u x y iv x y =+，则 ()332222 22 ,=0 0x y x y u x y x y x y ?-+≠? =+?+??， 332222 22 (,)=0 0x y x y v x y x y x y ?++≠? =+?+?? 。 3 300(,0)(0,0)(0,0)lim lim 1x x x u x u x u x x →→-===， 3300(0,)(0,0)(0,0)lim lim 1y y x u y u y u y y →→--===-； 3300(,0)(0,0)(0,0)lim lim 1x x x v x v x v x x →→-===， 3300(0,)(0,0)(0,0)lim lim 1y y x v y v y v y y →→-===。 (0,0)(0,0),(0,0)(0,0)x y y x u v u v ∴ = =- ()f z ∴ 在原点上满足C －R 条件。 但33332200()(0)() lim lim ()()z z f z f x y i x y z x y x iy →→--++=++。 令y 沿y kx =趋于0，则 333333434322222 0()1(1)1(1) lim ()()(1)(1)(1)z x y i x y k i k k k k i k k k x y x iy k ik k →-++-++-++++-+==+++++ 依赖于k ，()f z ∴在原点不可导。 4、若复变函数()z f 在区域D 上解析并满足下列条件之一，证明其在区域D 上
第二章 解析函数 第一节 解析函数的概念及哥西-黎曼条件 一 导数的定义 定义 2.1. 设函数()w f z =在区域D 上有定义，且z 及z z +?均属于D ，如果 0()()lim z f z z f z z ?→+?-? 2.1 存在，则称此极限为函数()f z 在z 点的导数，记为()df z dz 或'()f z . 这时称函数()f z 在z 点可微. 例1. ()n f z z =在复平面上每点均可微，且 1n n d z nz dz -=. 事实上，对固定的点z ，有 121100()(1)lim lim[()]2n n n n n n z z z z z n n nz z z z nz z ----?→?→+?--=+?++?=?. 例2. ()f z z =在复平面上均不可微. 事实上， z z z z z z z z z z +?-+?-?==???. 当0z ?→时，上式的极限不存在. 因为当z ?取实数而趋于0时，它趋于1，当z ?取纯虚数而趋于0时，它趋于1-. 函数在一点可微，则它在该点必连续，反之不一定正确. 例如函数()f z z =，由000 lim ()lim ()lim ()()z z z f z z z z z z z f z ?→?→?→+?=+?=?+==，知它在复平面上处处连续，但由例2知它处处不可微.
若函数(),()f z g z 在区域D 上z 点可微，则其和，差，积，商（要求分母不为0）在区域D 上z 点可微，且有如下的求导法则： [()()]''()'()f z g z f z g z ±=±， [()()]''()()()'()f z g z f z g z f z g z =+， 2 ()'()()()'()[]'(()0)()[()]f z f z g z f z g z g z g z g z -=≠. 二 哥西---黎曼条件 现在，我们来研究复变函数()f z 在点z 可微的必要条件和充分条件. 函数()(,)(,)f z u x y iv x y =+在一点可微，也就是说， 0()()lim '()z f z z f z f z z ?→+?-=?. 2.2 令,()()z x i y f z z f z u i v ?=?+?+?-=?+?，其中 (,)(,)u u x x y y u x y ?=+?+?-， (,)(,)v v x x y y v x y ?=+?+?-， 则前式变为 00lim '()x y u i v f z x i y ?→?→?+?=?+?. 因为z x i y ?=?+?无论按什么方式趋于0，(2.2)式总是成立的.可先让 0,0,x y ?→?=即变点z z +?沿平行于实轴的方向趋于z 点，此时(2.2)成为 00lim lim '()x x u v i f z x x ?→?→??+=??. 于是知道,u v x x ????必存在，且 '().u v f z i x x ??=+?? 2.3 同样，让0,0,y x ?→?=即变点z z +?沿平行于虚轴的方向趋于z 点，此时(2.2)成为
嘉应学院物理系《数学物理方法》B 课程考试题 一、简答题（共70分） 1、试阐述解析延拓的含义。解析延拓的结果是否唯一？（6分） 解析延拓就是通过函数的替换来扩大解析函数的定义域。替换函数在原定义域上与替换前的函数相等。 无论用何种方法进行解析延拓，所得到的替换函数都完全等同。 2、奇点分为几类？如何判别？（6分） 在挖去孤立奇点Zo而形成的环域上的解析函数F（z）的洛朗级数，或则没有负幂项，或则只有有限个负幂项，或则有无限个负幂项，我们分别将Zo称为函数F（z）的可去奇点，极点及本性奇点。 判别方法：洛朗级数展开法 A，先找出函数f(z)的奇点； B，把函数在的环域作洛朗展开 1）如果展开式中没有负幂项，则为可去奇点； 2）如果展开式中有无穷多负幂项，则为本性奇点； 3）如果展开式中只有有限项负幂项，则为极点，如果负幂项的最高项为，则为m阶奇点。 3、何谓定解问题的适定性？（6分） 1，定解问题有解；2，其解是唯一的；3，解是稳定的。满足以上三个条件，则称为定解问题的适定性。 4、什么是解析函数？其特征有哪些？（6分） 在某区域上处处可导的复变函数 称为该区域上的解析函数. 1）在区域内处处可导且有任意阶导数. 2） () () ? ? ? = = 2 1 , , C y x v C y x u 这两曲线族在区域上正交。 3）()y x u,和()y x v,都满足二维拉普拉斯方程。(称为共轭调和函数) 4）在边界上达最大值。 4、数学物理泛定方程一般分为哪几类？波动方程属于其中的哪种类型？（6分）
数学物理泛定方程一般分为三种类型：双曲线方程、抛物线方程、椭圆型偏微分方程。波动方程属于其中的双曲线方程。 5、写出)(x δ挑选性的表达式（6分） ()()()()()()?????????=-==-???∞ ∞∞-∞∞-) ()()(00000R f dv R r r f f dx x x f x f dx x x x f δδδ 6、写出复数 2 3 1i +的三角形式和指数形式（8分） 三角形式：()3 sin 3 cos 2 3 1cos sin 2 32 1isin cos 2 2 2 π π ??ρ??ρi i i +=++=+= + 指数形式：由三角形式得：3 1 3 πρπ?i e z === 7、求函数2 ) 2)(1(--z z z 在奇点的留数（8分） 解： 奇点：一阶奇点z=1；二阶奇点：z=2 1)2)(1()1(lim Re 21)1(=????? ?---=→z z z z sf z
数学物理方法习题答案： 第二章： 1、（1）a 与b 的连线的垂直平分线；以0z 为圆心，2为半径的圆。 （2）左半平面0,x <但是除去圆2 2 (1)2x y ++=及其内部；圆 2211()416x y - += 2、2 ,cos(2)sin(2)i e i π ππ+； 3 2,2[c o s (3)s i n (3)i e i π ππ+； ,(c o s 1s i n 1i e e e i ?+ 3、2k e ππ --； (623) i k e π π +； 42355c o s s i n 10c o s s i n s i n ?????-+； 11()sin ()cos 22b b b b e e a i e e a --++- 1 ()c o s 2 y y ay b e e x e ---- 4、（1） 2214u υ+= 变为W 平面上半径为1 2的圆。 （2）u υ=- 平分二、四象限的直线。 5、(1) z ie iC -+; 2(1)2i z -; ln i z - (2) 选取极坐标 ,, ()22u C f z ?? υ==+=6、ln C z D + 第三章： 1、 （1） i π （2）、 i ie π-- （3）、 0 （4）、i π （5）、6i π 2、 设 ()!n z z e f n ξ ξ= z 为参变数，则 () 1220 11()1(0)2!2!1()()!!! ! n z n n n l l n n n n z z n z e d f d f i n i n z d z z e e n n d n n ξξ ξξξξξξπξξπξξ+=======?? 第四章： 1、（1）23 23()()ln 22z i z i z i i i i i ---+-+- （2）23313 (1) 2!3!e z z z ++++ （3 ）2 11111()()[(1)(1)](1)11 222k k k k k k z z i i i z z z i z i z i ∞=---=-=--++--<+-+∑2、(1) 1 n n z ∞ =--∑ (2) 11()43f z z z =- -- ①3z <时 110 11( )34k k k k z ∞ ++=-∑ ， 34z <<时