《数学物理方法》第十二章__11级_2012
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数学物理方法Mathematical Methods in Physics课程编号:22189906 总学时:72学分:4课程性质:专业必修课课程内容:数学是物理学的表述语言。
复变函数论和数学物理方程是学习理论物理课程的重要的数学基础。
该课程包括复变函数论和数学物理方程两部分。
复变函数论部分介绍复变函数的微积分,级数展开,留数及其应用以及积分变换等内容。
数学物理方程部分包括物理学中常用的几种数学物理方程的导入、解数学物理方程的分离变量法、作为勒让德方程的解的勒让德多项式和作为贝塞尔方程的解的贝塞尔函数及其性质以及格林函数的基本知识。
该课程有着逻辑推理抽象严谨的特点,同时与物理以及工程又有着紧密的联系,是理工科学生必备的数学基础知识。
我们将把抽象的数学知识和在物理学中的应用结合起来,使学生不但能学习数学本身,同时还能提高学生运用所学数学知识解决实际问题的能力。
先修课程:高等数学参考书目:《数学物理方法》(陆全康、赵蕙芬编),第二版高等教育出版社《数学物理方法》(吴崇试)第二版,北京大学出版社力学和热学 (1)与(2)Mechanics and Thermal Physics (1) and (2)课程编号:22189936、22189937 总学时:28、72 学分:2、4课程性质:专业必修课课程内容:本课程由力学和热学两大部分组成。
力学和热学都是大学物理的基础部分,是物理学各门课程的重要基础课程。
力学的主要内容包括三方面:在牛顿力学方面,主要学习牛顿定律、动量定理和动量守恒定律、动能原理及机械能守恒定律;在刚体定轴转动方面,主要学习转动定律和角动量守恒;在振动和波方面,主要学习简谐振动和平面简谐波。
热学的主要内容包括分子物理学和热力学,主要学习温度,热力学第一定律、第二定律,热机效率及熵增加;气体分子运动论的基本方法,气体压强公式,分子平均动能,气体分子的麦克斯韦速率分布律,能量均分定理。
先修课程:高等数学A(1)参考书目:《力学》,漆安慎、杜婵英,高等教育出版社,1997年;《热学教程》(第二版),黄淑清、聂宜如、申先甲编,高等教育出版社,1994年电磁学Electromagnetism课程编号:22189903 总学时:72 学分:4课程性质:专业必修课课程内容:本课程主要包括真空中的静电场,静电场中的导体和电介质,恒定电流,恒定磁场,磁介质,电磁感应,电磁场和电磁波,及电磁学与当代高新技术等内容。
第一章 典型的推导即基本概念本章讨论偏微分方程及其定解问题有关的基本概念和物理模型,讨论某些一般性的原理、方法。
这样,对从总体上了解课程的特点、内容、方法有重要的作用。
由于我们要讨论的这些偏微分方程都来自物理问题,因此我们先研究如何推导出这些方程,并给出相应的定解条件。
最后简单地介绍一下二阶线性偏微分方程的分类。
1.1弦振动方程与定解条件数学物理方程中研究的问题一般具有下面两个:一方面是描述某种物理过程的微分方程;另一方面是表示一个特定的物理现象的具体的表达式。
我们通过推导弦振动方程引入这些概念。
1.1.1方程的导出设有一根理想化的弦,其横截面的直径与弦的长度相比非常小,整个弦可以任意变形,其内部的张力总是沿着切线方向。
设其线密度为ρ,长度为l ,平衡时沿直线拉紧,除受不随时间变换的张力作用及弦本身的重力外,不受外力的影响。
下面研究弦作微小横向振动的规律。
建立坐标系如图1-1,所谓横向,是指运动全部在某一包含x 轴的xu 平面内进行,且在振动过程中,弦上各点在x 轴方向上的位移比在u 轴方向上的位移小得多,前者可以忽略不计。
因此用时刻t 、弦上的横坐标为x 的点在u 轴方向上的位移),(t x u 来描述弦的运动规律。
所谓“微小”,不仅指振动的幅度),(t x u 很小,同时认为切线的倾角也很小,即1<<∂∂xu, t 时刻,任选一段弦,其每一点的位置如图1-1所示。
其中MN t x u =),(,且弧s M M d =′现在建立位移),(t x u 满足的方程。
首先,我们将弦段M M ′上的运动,近似认为一个质点的运动。
根据牛顿运动定律,我们得到在x 轴方向,弦段M M ′受力总和为α′+α−=cos cos T T F x因为弦只作横向振动,在x 轴方向没有位移,因此合力为0,即0cos cos =α′+α−T T (1.1.1)由于是微小振动,因此α′α,近似为0,因此由泰勒公式L ++−=!4!21cos 42x x x当略去高阶无穷小时,有1cos cos ≈α′≈α代入(1.1.1)可以得到T T ′=在u 轴方向上,弦段N M ′受力的总和为s ρg T T F u d sin sin −α′′+α−=因为0≈α′≈α,所以x t x x u xt x u ∂+∂=α′≈α′∂∂=α≈α),d (tan sin ,),(tan sin x x xt x u s d d )),((1d 2≈∂∂+=图1-1弧段M M ′在t 时刻,沿u 方向运动的加速度近似为22),(tt x u ∂∂,x 为弧段M M ′的质心。