我只想当一个安静的学霸 087章 高斯定理的估算

    “这位同学，请保持清醒，不要在考场上打瞌睡。”监考老师十分严肃的提醒沈奇。

    “嗯，抱歉。”沈奇揉揉太阳穴，最近一段时间改《奥数冠军沈奇的数学技巧》的稿子，改的他心力憔悴，没怎么休息好。

    “赶紧搞定最后一道计算题，搞完了回家补觉。”沈奇打起精神，仔细审题。

    审完最后一道25分的计算题，沈奇终于有了几分兴趣：“就这最后一题，像是正规物理老师出的题。”

    物理计算题大多配有示意图，不配图的物理题一般呈现两种极端，一种是简单的想打瞌睡，另一种是难的吊炸天。

    初赛镇宅之题的分值最高，25分，这道计算配有示意图。

    示意图是一个圆，从圆心o到圆周七点钟方位画有一条虚线r，这条虚线r是圆的半径。在圆心o旁边不远处有个小黑点mq。

    本题的文字描述是：

    “如图所示，电荷线密度为λ（λ＞0），半径为r的均匀带点圆环固定在光滑的水平绝缘桌面上。质量为m、电量为q的光滑小球，静止放在桌面上与圆环中心o点非常接近的位置处。”

    “设圆环上电荷的分布不受小球电荷的影响，试判断小球之后的运动是否为振动？”

    “若为振动，设小球初始位置与o点的距离r0＜＜r，试用适当的近似方法估算小球的振动周期t。”

    估算与严格计算的区别在于，估算可以绕过复杂的数学演算，直接获得正确的定性结论和比较接近的粗略定量结果。

    就初赛最后一道计算题而言，小球的运动是振动还是非振动，沈奇必须给出定性结论，判断不得有误。这是第一步。

    对于同一道物理题，如果采用估算方法，可选择的途径往往不止一条。

    很明显，这是道电磁学题目，沈奇在诸多种估算方法中，选择静电场高斯定理为依据开始答题。

    沈奇作出一个辅助图，取通过o点并与圆环平面垂直的轴为x轴。

    在圆平面上以o点为圆心，作半径为r的圆。

    将此圆沿x轴的正负方向各延展l，一个圆柱面就此形成。

    沈奇取此圆柱面为高斯面，因其中无电荷，根据高斯定理可得：

    ?e*ds=0

    高斯定理一祭出，真相越来越清晰。

    带正电的小球所受静电力总是指向圆环中心o点，为恢复性保守力，小球的运动为振动，振动中心就是o点。

    沈奇很快解决了第一问，这就是定性给结论，接受过物竞培训的学生应该都能给出正确的结论性判断。

    第二问要求沈奇估算小球的振动周期t，稍微麻烦一点点。

    圆柱两端面的电通量可以近似的用x轴上的电场强度来计算，沈奇作出计算：

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

    那么通过两端面的电通量近似值就出来了：

    ?两端面e*ds≈e1*2πr^2

    通过圆柱侧面的电通量可以近似的用圆平面上与o点相距为r处的电场强度er来计算，根据高斯定理可得：

    ?圆柱面e*ds=?两端面e*ds+?侧面e*ds=0

    那么带电小球在r处所受静电力为：

    fr=qer=-λq/4er^2*r

    考虑到线性恢复力，小球在它的作用下将绕o点做简谐振动。

    所以周期t=4πr根号em/λq

    “搞定。”历经cmo乃至imo的洗礼，沈奇在学科竞赛的赛场上已算一位经验丰富的老将。

    数竞也好，物竞也罢，竞赛模式大同小异。

    既然是老将，就不能骄傲自大、暴躁浮夸，必须时刻保持严谨的竞赛作风。

    沈奇检查了一遍考卷，然后交卷，此时距开考过去了30多分钟。

    “这尼玛？”

    “卧槽？”

    “这么早交卷？”

    “不停的写，写满试卷也得30分钟吧？”

    “这货不用思考的？还是瞎几把写？”

    同一考场的其他选手明显受到沈奇交卷的影响，各自在心中高呼mmp。

    虽然cpho全国初赛的考卷不难，但这么早交卷也属罕见。

    物竞圈子里也有眼尖的选手：“提前交卷这货……莫非是沈奇？那个国际奥数竞赛的冠军？”

    沈奇走到考场门口，阿嚏，忽然打了个喷嚏，脊梁骨竟冒出一丝寒意。

    “谁在骂我？”沈奇猛然回头，眼神犀利扫视众选手。

    “草！”

    众选手菊花乱颤，遂埋头继续答题。

    “喂，交了卷请迅速离开考场。”监考老师催促沈奇，并快速审视沈奇的试卷，该写的都写满了，有理有据，不像瞎蒙，这种情况允许提前两个多小时交卷。

    沈奇大步离去，在考场外见到了穆蓉。

    “这……沈奇你也太快了吧？”穆蓉有些意外。

    沈奇略显从容：“一般一般，亚洲第三。”

    “那亚洲前二是谁？”穆蓉忍住不让自己发笑。

    沈奇一本正经的说到：“是校长和穆老师。”

    “哈哈。”穆蓉终于忍不笑了起来，又觉得疑惑：“你这政治觉悟，政治考试不可能拿b吧？”她也听说了，沈奇政治考试拿了个b，其余几门都是a。

    “哎，谁不曾年轻过，懵懂过。”沈奇一想起政治考试就不爽，黑历史啊，无法抹去的污点。当然了，高二下学期之前沈奇黑历史挺多的，既然无法抹去，那便坦然面对。

    沈奇伸了个懒腰：“哈欠……好困，我要睡觉了。”

    “去吧，回家好好休息，辛苦了。”穆蓉没有跟沈奇讨论任何一题，沈奇的行动说明了一切。

    初赛的阅卷工作将在一到两周内完成，cpho的复赛安排在四月中旬举行。

    第二天，沈奇在南港二中遇见了几个校物竞队的队友。

    “我估完分，觉得能考个140？”物竞队的队友林星宇说到。

    “我错了一道选择题、两道填空题，两道计算题，初赛得分大概在120到130之间。”另一位队友白玲烨说到。

    “你呢沈奇大佬？”林星宇问到。

    “我估计在200分左右？或许最后一道计算题某些步骤要扣掉一两分，也说不准，不知道。”沈奇说到。

    “牛！”林星宇对沈奇有种盲目的崇拜，200分就是满分。

    “完了完了，初赛晋级分数线被沈奇拉高了。”白玲烨苦哈哈的说到。

    “白玲烨你数学怕是不及格哦。”林星宇说到，“全国那么多选手参赛，一个满分就拉高分数线了？吐槽都不会，差评！”

    ……

    ……

    （昨天初二在亲戚家喝大了，刚起床，脑壳疼，起来发一章存稿然后接着睡，今天估计码不了几个字，晚上还要去其他亲戚家吃饭，在我老家过年，20岁以上的男人不喝酒是不被允许的。

    接到起点的通知，3月1日上架，我得存点稿，今天估计存一章稿都难，所以只能更新一章。）