数学物理方法期末复习笔记
《热力学统计物理》期末复习
一、简答题
1、写出焓、自由能、吉布斯函数的定义式及微分表达式（只考虑体积变化功）
答：焓的定义H=U+PV，焓的全微分dH=TdS+VdP；
自由能的定义F=U-TS，自由能的全微分dF=-SdT-PdV；
吉布斯函数的定义G=U-TS+PV，吉布斯函数的全微分dG=-SdT+VdP。
2、什么是近独立粒子和全同粒子？描写近独立子系统平衡态分布有哪几种？
答：近独立子系统指的是粒子之间的相互作用很弱，相互作用的平均能量远小于单个粒子的平均能量，因而可以忽略粒子之间的相互作用。全同粒子组成的系统就是由具有完全相同的属性（相同的质量、电荷、自旋等）的同类粒子组成的系统。描写近独立子系统平衡态分布有费米-狄拉克分布、玻色-爱因斯坦分布、玻耳兹曼分布。
3、简述平衡态统计物理的基本假设。
答：平衡态统计物理的基本假设是等概率原理。等概率原理认为，对于处于平衡状态的孤立系统，系统各个可能的微观状态出现的概率是相等的。它是统计物理的基本假设，它的正确性由它的种种推论都与客观实际相符而得到肯定。
4、什么叫特性函数？请写出简单系统的特性函数。
答：马休在1869年证明，如果适当选择独立变量（称为自然变量），只要知道一个热力学函数，就可以通过求偏导数
而求得均匀系统的全部热力学函数，从而把均匀系统的平衡性质完全确定。这个热力学函数称为特性函数。简单系统的特性函数有内能U=U （S 、V ），焓H=H （S 、P ），自由能F=F （T 、V ），吉布斯函数G=G （T 、P ）。 5、什么是μ空间？并简单介绍粒子运动状态的经典描述。 答：为了形象的描述粒子的运动状态，用r r p p q q ,,,,11 ；共2r 个变量为直角坐标，构成一个2r 维空间，称为μ空间。粒子在某一时刻的力学运动状态()r r p p q q ,,,,11 ；可用μ空间的一个点表示。
6、试说明应用经典能量均分定理求得的理想气体的内能和热容量中哪些结论与实验不符（至少例举三项）。 答：第一、原子内的电子对气体的热容量为什么没有贡献；第二、双原子分子的振动在常温范围内为什么对热容量没有贡献；第三、低温下氢的热容量所得结果与实验不符。这些结果都要用量子理论才能解释。
7、写出玻耳兹曼关系，并据此给出熵函数的统计意义。 答：玻耳兹曼关系：S=k lnΩ
熵函数的统计意义：微观态数的多少反映系统有序程度的高低。微观态数增加就是有序程度的降低或是混乱程度增加，相应地熵增加；反之，微观态数减少就是有序程度的增加或混乱度减少，相应地熵减少。“熵是度量系统有序程度的量”有了明确定量意义。
8、 简述开系、闭系以及孤立系的定义。
答：热力学研究的对象是由大量微观粒子（分子或其它粒子）组成的宏观物质系统。与系统发生相互作用的其它物
体成为外界。根据系统与外界相互作用的情况，可以作以下区分：与其它物体既没有物质交换也没有能量交换的系统称为孤立系；与外界有能量交换，但没有物质交换的系统称为闭系；与外界极有能量交换，又有物质交换的系统称为开系。 9、判断孤立系统是否处于平衡态的基本原则以及熵判据。
答：基本原则：可以设想系统围绕该状态发生各种可能的虚变动，而比较由此引起热力学函数的变化，根据热力学函数处在平衡态时的性质来判断系统的状态 。
熵判据：孤立系统中发生的任何宏观过程，都朝着使系统的熵增加的方向进行。如果孤立系统已经达到了熵为极大的状态，就不可能再发生任何宏观的变化，系统就达到了平衡态。 因此孤立系统/处在稳定平衡状态的必要和充分条件为：
02
1
2<+=?S S S δδ。
10、写出熵判据的內容。
答：孤立系统的熵永不减少，过程进行时熵增加，直到熵达到最大值，系统处于平衡态。
11、试写出热力学第二定律的克氏表述和开氏表述内容.
答：克劳修斯表述：不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。
开尔文表述：不可能从单一热源吸收热量使之完全变为有用功而不引起其他变化。 12、写出等概率原理的内容。
答：处于平衡态的孤立系统，各个可能的微观状态出现的概率是相等的。
13、热力学第二定律的两种表述及其数学表达式。
答：（开尔文表述）不可能制造出这样一种循环工作的热机，它只使单一热源冷却来做功，而不放出热量给其他物体，或者说不是外界发生任何变化。
（克劳修斯表述）不可能把热量从低温物体自动传到高温物体而不引起外界的变化。用数学式表示为：dW
≤。
dU+
TdS
14、简述等概率原理
答：对于处在平衡状态的孤立系统，系统各个可能的微观状态出现的概率是相等的。该原理是统计物理中一个基本的假设。
15、什么是能量均分定理？
答：对于处在温度为T 的平衡状态的经典系统，粒子能量中
1。这是根据经典玻耳兹曼的每一个平方项的平均值等于kT
2
分布导出的一个重要定理。
16、什么是微观粒子的全同性原理？
答：该原理指出，全同粒子是不可分辨的，在含有多个全同粒子的系统中，将任何两个全同粒子加以对换，不改变整个系统的微观运动状态。
17、写出玻耳兹曼系统、玻色系统、费米系统这三个系统分布{ a l }的表达式
答：三个系统的分布{ a l }的表达式分别为： 玻耳兹曼系统：l
e a l l
βεαω--=；玻色系统：1
-=
+l
e
a l
l
βαω费米系统：
1
+=
+l
e
a l
l βαω
18、简述卡诺定理的内容。
答：卡诺定理指出：所有工作于同样高温热源和低温热源的卡诺机，以可逆的卡诺机的效率为最大，任可ηη≥。 19、吉布斯函数的定义及其物理意义 答：吉布斯函数定义为：PV TS U G +-=。
吉布斯函数是一个态函数,它的变化可以用可逆的等温 等压过程中的除体积功以外的功来量度。 20、统计物理基本假设是什么？
答：统计物理基本假设是就是等概率原理,即孤立系统平衡态时各种可能的微观态出现的概率均等。 21、简述热力学平衡态
答：孤立系统，不论其初态如何复杂，经过足够长的时间后，将会达到各种宏观性质长时间内不随时间变化的状态，这样的状态叫热力学平衡态。
22、叙述自由能的定义及其物理意义 答：自由能的定义TS U F -=。
自由能是个态函数，它的变化可以用可逆等温过程中的功来量度。
23、简述等概率原理的基本内容
答：孤立系统处于平衡态时，所有可能出现的微观态的概率均相等。
24、玻耳兹曼关系及其物理意义
Ω=ln k S ，系统愈趋于平衡态，微观态数愈多，熵越大，因此
熵是混乱度的量度。
25、写出热力学第二定律的开尔文表述内容。有人利用地球表面和地球内部温度不同，做一个热机来发电，称地热发电，把地球内部能量边为有用的电能，这是否违背热力学第二定律。
答：开尔文表述：不可能从单一热源吸收热量使之完全变为有用功而不引起其他变化。由于地球表面和地球内部的温度不同，不是单一热源，所以不违背热力学第二定律 26、简述玻耳兹曼系统、玻色系统和费米系统有什么区别和联系？
区别：由费米子组成的系统称为费米系统，遵从泡利不相容
原理；由玻色子组成的系统称为玻色系统，不受泡利不相容原理的约束；把可分辨的全同近独立粒子组成，且处在一个个体量子态上的粒子数不受限制的系统称为玻耳兹曼系统。
联系：在满足经典极限条件a e >>1时，玻色（费米）系统中
的近独立粒子在平衡态遵从玻耳兹曼分布。 27、经典能量均分定理的内容是什么？举出不满足经典能量均分定理的三种情形。
对于处在温度为T 的平衡状态的经典系统，粒子能量中每一
个平方项的平均值等于T k 2
1 。
（1）原子内的电子对气体的热容量没有贡献。（2）双原
子分子的振动在常温范围内对热容量没有贡献。（3）低温下氢的热容量所得结果与实验不符。
28、为什么在熵和体积不变的情况下，平衡态的内能最小？ 由热力学第二定律有：dU TdS pdV ≤- 可得：当S 、V 不变时，即dS=0，dV=0。 所以，0dU ≤
由此可见，在系统由非平衡态趋向平衡态的过程中，系
统的内能一直在减少0dU <。
当系统达到平衡时，dU=0，内能取极小值。 29、什么是熵增加原理？
答：绝热过程中系统的熵永不减少。对于可逆绝热过程，系统的熵不变。对不可逆绝热过程，系统的熵增加。或孤立系统的熵永不减少，这个结论叫做熵增加原理。 二、计算题
1、已知粒子遵从经典玻耳兹曼分布分布，其能量表达式为：
()
bx ax p p p m
z y x ++++=
2
22221ε ，其中b a ,是粒子常量，求粒子的平均能量。
解：应用能量均分定理求粒子的平均能量时，需要注意所给能量表达式ε 中2ax 和bx 两项都是x 的函数，不能直接将能量
均分定理应用于2ax 项而得出kT ax 2
1
2=的结论。要通过配方将ε表达为
()
a b a b x a p p p m z y x 42122
2
22-
??? ?
?++++=ε
在上式中，仅第四项是x 的函数，又是平方项。由能量均分定理知
()
a b kT a b kT a b a b x a p p p m z y x 42424212222
2
22-
-=--=-??
? ??++++=ε
2、系统由N 个无相互作用的线性谐振子组成. a)若其能量表达式为：
22122
x p kx m ε=+ 时，求系统的内能；
b)若其能量表达式为： 2,1,0,)2
1
(=+=n n n ωε时，
求系统的内能。解：a) 由能均分定理 NkT U = b) εN U =, β
ε??-=1ln Z , n
e Z n
n βε
ω-∑=1
ω
βωβωβωβωβ ----??
? ??+--===∑∑e e
e e
e
Z n
n n
n 11
2
12
1211
()ωβωβ ----=e Z 1ln 2
1
ln 1
121ln 1
---=??ωβωωβ
e Z 1
21-+=ω
βωωε e ∴ 1
21-+=
ω
βω
ω e N N U 讨论：高温极限和低温极限。
3、试求双原子分子理想气体的振动熵。
解：双原子分子理想气体的振动配分函数：
()ωβω
βωβ --
∞
=?
?? ?
?
+--==∑e e
e
Z n n v
1/2
0211
()ωβv e ω
βZ ----
=1ln 2
ln 1
()
??????---=???
? ????-=ωβωβv v v e e ωβNk Z ββZ Nk S 1ln 11ln ln 11 引入k v /ωθ = ，得：()T
θT θv v
v
v
e Nk e T θNk S /11ln 1----???
??=
三、证明题
1、试证明一个均匀物体在准静态等压过程中熵随体积的增减取决于等压下温度随体积的增减。
证明：等压过程中熵随体积的变化率为：P
V S ???
????，温度随体积
的变化率为：P
V T ??? ????
方法一：由雅可比行列式可得：
P V S ??? ????=()()P V P S ，，??=()()()()P V P T P T P S ，，，，????=P
P V T T S ??? ??????? ???? （1） 由P P
T S T dT Q d C ??? ????=??? ??=可得：T
C T S P P =???
???? （2） 将（2）式代入（1）式可得：P
P P
V T T C V S ???
????=
?
??
???? 证毕 因为：00>>T C P
，，所以：P V S ??? ????的增减取决于P
V T ???
????的增减。
方法二：由()()[]V P T P S V P S S ，，，== 可得：
P
P P P P V T T C V T T S V S ??? ????=???
??????? ????=??? ????
2、 试证明，对于二维自由粒子，在长度L 2
内，在ε到ε
εd +的能量范围内，量子态数
为()επεεmd h
L d D 22
2=。
证明：对于二维自由粒子，在μ体积元y x dp dxdydp 内的量子态数为：
y x dp dxdydp h
21
， 用极坐标描述时，二维动量空间的体积元为 ?pdpd 。在面积
2L S =内，动量大小在p 到dp p +范围内，动量方向在θ到θθd +范
围内，二维自由粒子的可能状态数为：的
?PdPd h S dP dP h S dn y x 2
2
=
=
(s －面积)
因m
P 22
=ε只与
P 有关（P >0）,故对?积分可得：
()???
?
??==
m P h S PdP h S d D 222222
ππεε，επd h mS m 22=()2
2h
mS
D πε=?， (s=L 2
) 3、证明：V
T V T
p
T V C )()(22??=?? ，p
T p T
V T p
C )(
)(
2
2??=??，并由此导出： )(
2
20
dV T p T C C V
V V V
V ?
??+=
；
)(
2
20dp T V T C C p
p p p
p ?
??-=
证明：V
V V
T S T T U C ???
????=??? ????=……………………………⑴ 以V T ,为状态参量，将上式求对V 的偏导数，有
V
T V T p T V
T S T T V S T V C ????
????=???? ?
????=???? ?????=???
????2222……………⑵ 其中，第二步交换了偏导数的求导次序，第三步应用了麦氏关系，由理想气体的物态方程nRT pV =知，在V 不变时，p 是T 的线性函数，即
022=??
??
????V
T p ，所以0
=?
??
?
???T
V V
C 。这意味着，理想气
体的定容热容量只是温度T 的函数。在恒定温度下将式⑵积分，得 ?
????
????+=
V
V V
V
V
dV T p T C C 0220…………………⑶
同
理
式（ 2.2.8）给：
???
?
?
???=????
?
???22T V T p C T p …………………………………⑷
以以p T ,为状态参量，将上式再求对p 的偏导数，有
p
T p T V T p T S T T p S T p C ????
?
???-=???? ?????=????
?????=????
?
???2222……………………⑸ 其中，第二步交换了偏导数的求导次序，第三步应用了麦氏关系，由理想气体的物态方程nRT pV =知，在p 不变时，V 是T
的线性函数，即022=?
???
?
???p
T V
，所以0=????
????T
p
p C 。这意味着，理想气
体的定容热容量只是温度T 的函数。在恒定温度下将式⑵积分，得
?
????
?
???+=
p
p p
p
p dp T V
T C C 0220 4、气柱的高度为H ，处在重力场中，试证明此气柱的内能和热容量为)
1(0--
+=kT
mgH
e NmgH
NkT U U ，2
2
2
1)1()(kT e
e mgH N Nk C
C kT
mgH
kT
mgH
V
V
--
+=
证明：假设气体是单原子分子理想气体。重力场中分子的能量为：
()
mgz p p p m
z y x +++=
2
2221ε，粒子的配分函数为： Z Y X mgz p p p m
dP dP dxdydzdP e h
Z z y x ββ
-++-??=)(231222
11
)1(1)2(1)2(1112330233mgH
mgz H e mg A m h
dz e dxdy m h ββββπβπ---==
??
其中 d x d y
?
是气柱的截面积。气柱的内能为： )1()
1(23ln 01--+=--+=??-=mgH
βkT mgH e NmgH
NkT U e NmgH NkT NkT Z βN
U 式中NkT U 2
30=
气体的热容量为2
22
1)
1()(kT e e mgH N Nk C T U C kT
mgH kT mgH
V V --+=??=
5、试求绝对零度下金属电子气体中电子的平均速率v 。
解：由m
P εF F 22
=
可得K T 0=时电子的分布。
1=f ，()F εμε=<0 0=f ，F εε>
m
P εF F 22
=
其中F ε是费米能级，F P 是费米动量。
因为在体积V 内，动量大小在P -dP P +范围内的量子态数为：
，考虑到电子自旋在动量方向的投影有两个
可能值。
因此，动量的平均值为：F F
F
P
P P P P dP P h
V dP PP h V P F F 43314188342
032
03===??ππ 由：v m P =可得，平均速率为：m
P v F
43=
四、推论题
1、设系统含有两种粒子，其粒子数分别为N 和N ’.粒子间
dP P h
V 2
324??π
的相互作用很弱，可看作是近独立的。假设粒子可分辨，处在一个个体量子态的粒子数不受限制。试证明，在平衡态下两种粒子的最概然分布分别为：l
e
a l l
βεαω--=和'
--'
='
l e
a l l
βεαω。其
中l ε和'l ε是两种粒子的能级，l ω和'l ω是能级简并度。
解：粒子A 能级，粒子数分布：l ε——{a l }——简并度l ω 粒子B 能级，粒子数分布：'l ε——{a ’l }——简并度'l ω 体系两种粒子分布要满足的条件为： N a l
l =∑，N a l
l '='∑ E =''+∑∑l
l l l
l l a a εε
分布{}l a ，对应的微观状态数为
∏∏=
Ωl
a l l
l l
a ω!N!1
分布{}l a '，对应的微观状态数为
∏∏''''=
Ωl
a l l
l l a ω!!
N 2 则系统的微观态数为21Ω?Ω=Ω
上式表明：当第一类粒子的分布为{a l }，而同时第二类粒子的分布为{a ’l }时系统的微观态数。
在平衡下两种粒子的最可几分布是对应于在限制条件N a l
l =∑，
N a l
l
'='∑ E =''+∑∑l
l
l l
l
l a a εε下使21
ln ln Ω?Ω
=Ω为极大的分布。利用
斯特林公式可得：
l l
l l l
l l l
l l l
l a a a N a a a N ωω'
'+''-''++-=Ω?Ω=Ω∑∑∑∑ln ln ln N ln ln ln N ln ln 21
由0ln 21=Ω?Ωδ，得
0ln ln ln 21='???
?
??''-????
??-=Ω?Ω∑∑l l l l l l
l l a a a a δωδωδ 而由限制条件可得：
0=∑l
l
a
δ，0='∑l
l a δ
0=''+∑∑l
l
l
l
l
l
a a δεδε
引入拉氏不定乘子βαα，，'，得
0ln ln ln 21='???
? ??'+'+''-???? ??++-=???
??''+-''--Ω?Ω∑∑∑∑∑∑l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l a a a a a a a a δεβαωδβεαωδεδεβδαδαδ根据拉格朗日未定乘子法原理，每个l a δ及l a 'δ的系数都等于零，所以得：
[][]??
?'-'-'='--=????????
='+'+''
=++l l l
l l l l l l l l l
a a a a εβαωβεαωεβαωβεαωexp exp 0ln 0ln 讨论：
（1）、上面的推导表明，两种粒子各自遵从玻耳兹曼分布，两分布的
α，α'不同，但有共同的β，原因在于开始就假设两种粒子的粒子数
和能量具有确定值，这意味着在相互作用中两粒子可以交换能量，但不会相互转化。从上述结果还可看出，由两个弱相互作用的子系统构成的系统达到平衡时，两子系统有相同的β
（2）、如果把每一种粒子看作是一个子系统，则总系统是由两个子系统组成，在热平衡时，两子系统的温度相等。由于在热平衡时，两子系统的温度相等。从上面打推导中可看出，在热平衡时，两子系统的
β是相同的，由此可见，参数β是一个与温度有关的量。
2、写出遵从玻耳兹曼分布的系统配分函数，并导出系统内能、广义力、熵的统计表达式；再根据熵的统计表达式推导出玻耳兹曼关系并阐述其物理意义。
3、写出玻耳兹曼分布的的表达式、解答其物理意义；根据玻耳兹曼分布导出气体分子的速率分布律。
4、详细阐述爱因斯坦的固体模型理论，据此模型推导固体热容量表达式，进而与经典理论做一比较并指出该理论的不足及其根源。
5、利用玻耳兹曼分布推导出理想气体物态方程。
6、简述经典固体模型理论。试根据该模型理论得出的结论与实验结果做一比较。
数学物理方法综合试题及答案
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()0z f z e d ζ ζζ=?，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(,)uxy = （ ） A.(cos sin )y e y y x y -) B.(cos sin )x e x y x y - C.(cos sin )x e y y y y - D.(cos sin )x e x y y y -
扬州大学数学物理方法期末试卷A
院 系 班级 学号 姓名 --------------------------------------装---------------------------------------订-------------------------------------------线----------------------------------------------- 扬州大学试题纸 ( 2010－2011学年第 二 学期) 物 理 学院 微电、物理09级 课程 数学物理方法（A ）卷 题目 一 二 三 四 总分 得分 一、填空题（共20分,2分/题） 1. 数量场23 2 2+=x z y z u 在点)1,0,2(-M 处沿24 23=-+ l xi xy j z k 方向 的方向导数为 . 2. 设 A 为一矢性函数, ?表示哈密顿算符, 则()????= A . 3. 在三维直角坐标系中，矢径=++ r xi yj zk ,r r = ,?表示哈密顿算符, 则当0≠r 时，有3?? ??? ??= r r . 4. 在二维平面极坐标系下，调和量?=u . 5．考虑长为l 的均匀细杆的导热问题，若杆0x =的一端保持为恒温零度， l x =的一端绝热，用u 表示温度，则对应的边界条件为 . 6．方程20,(,0)tt xx u a u x t -=-∞<<∞>的通解可以表示为 ()u x,t = . 7. l 阶勒让德多项式的微分表示式为)(x P l = . 8. 设)(x P l 为l 阶勒让德多项式，则积分1 21002001()()-=?x P x P x dx . 9. 常微分方程22(9)0'''++-=x y xy x y 为 阶Bessel 方程. 10. 利用Bessel 函数的递推公式,计算积分1 210()=?x J x dx .
数学物理方法 (2)
数学物理方法 课程类别校级优秀□省级优质√省级精品□国家精品□项目主持人李高翔 课程建设主要成员陈义成、王恩科、吴少平、刘峰数学物理方法是理科院校物理类学生的一门重要基础课，该课程所涉内容，不仅为其后续课程所必需，而且也为理论和实际研究工作广为应用。因此，本课程教学质量的优劣，将直接影响到学生对后续课程的学习效果，以及对学生分析问题和解决问题的能力的培养。数学物理方法是物理专业师生公认的一门“难教、难学、难懂”的课程，为了将其变为一门“易教、易学、易懂”的课程，我们对该课程的课程体系、内容设置、教学方法等方面进行了改革和建设，具体做法如下： 一、师资队伍建设 优化组合的教师队伍，是提高教学质量的根本保证。本课程师资队伍为老、中、青三结合，其中45岁以下教师全部具有博士学位，均具有高级职称。课程原责任教师汪德新教授以身作则，有计划地对青年教师进行传、帮、带，经常组织青年教师观摩老教师的课堂教学、参与数学物理方法教材编写的讨论；青年教师主动向老教师学习、请教，努力提高自身素质和教学水平。现在该课程已拥有一支以中青年教师为主的教师队伍。同时，系领导对该课程教师队伍的建设一直比较重视，有意识地安排青年教师讲授相关的后续课程，例如，本课程现责任教师李高翔教授为物理系本科生和函授生多次主讲过《电动力学》、《量子力学》、《热力学与统计物理》等课程，使得他们熟知本门课程与后续专业课程的连带关系，因此在教学中能合理取舍、突出重点，并能将枯燥的数学结果转化为具体的物理结论，有利于提高学生的学习兴趣。培养学生独立分析问题和解决问题能力的一个重要前提是教师应该具有较强的科研能力，该课程的任课教师都是活跃在国际前沿的学术带头人或学术骨干，近5年来，他们承担国家自然科学基金项目共8项，在国内外重要学术刊物上发表科研论文60余篇，并将科研成果注入教学中。此外，本课程大多数教师有多次出国合作研究的经历，并且在学校教务处和外事处的支持下，吴少平副教授参加了由国家留学基金委员会组织的赴英“双语教学研修项目”，为本课程双语教学的开展打下了良好的基础。 二、教学内容 数学物理方法是联系高等数学和物理专业课程的重要桥梁，本课程的重要任务是教会学生如何把各种物理问题翻译成数学的定解问题，并掌握求解定解问题的多种方法。本门课程的基本教学内容主要包括复变函数论、数学物理方程两部分。与国内流行的教材和教学内容相比，在讲解数理方程的定解问题时，本门课程教学内容的特色之一是按解法分类而不按方程的类型分类，这样，可以避免同一方法的多次重复介绍；特色之二是把线性常微分方程的级数解法和特殊函数置于复变函数论之后、数学物理方程之前，一方面可将这些内容作为复变函数理论的一个直接应用，使学生进一步巩固已学的相关知识，另一方面可使正交曲线坐标系中分离变量法的叙述更加流畅，并通过与直角坐标系中分
数学物理方法期末复习笔记
《热力学统计物理》期末复习 一、简答题 1、写出焓、自由能、吉布斯函数的定义式及微分表达式（只考虑体积变化功） 答：焓的定义H=U+PV，焓的全微分dH=TdS+VdP； 自由能的定义F=U-TS，自由能的全微分dF=-SdT-PdV； 吉布斯函数的定义G=U-TS+PV，吉布斯函数的全微分dG=-SdT+VdP。 2、什么是近独立粒子和全同粒子？描写近独立子系统平衡态分布有哪几种？ 答：近独立子系统指的是粒子之间的相互作用很弱，相互作用的平均能量远小于单个粒子的平均能量，因而可以忽略粒子之间的相互作用。全同粒子组成的系统就是由具有完全相同的属性（相同的质量、电荷、自旋等）的同类粒子组成的系统。描写近独立子系统平衡态分布有费米-狄拉克分布、玻色-爱因斯坦分布、玻耳兹曼分布。 3、简述平衡态统计物理的基本假设。 答：平衡态统计物理的基本假设是等概率原理。等概率原理认为，对于处于平衡状态的孤立系统，系统各个可能的微观状态出现的概率是相等的。它是统计物理的基本假设，它的正确性由它的种种推论都与客观实际相符而得到肯定。 4、什么叫特性函数？请写出简单系统的特性函数。 答：马休在1869年证明，如果适当选择独立变量（称为自然变量），只要知道一个热力学函数，就可以通过求偏导数
而求得均匀系统的全部热力学函数，从而把均匀系统的平衡性质完全确定。这个热力学函数称为特性函数。简单系统的特性函数有内能U=U （S 、V ），焓H=H （S 、P ），自由能F=F （T 、V ），吉布斯函数G=G （T 、P ）。 5、什么是μ空间？并简单介绍粒子运动状态的经典描述。 答：为了形象的描述粒子的运动状态，用r r p p q q ,,,,11 ；共2r 个变量为直角坐标，构成一个2r 维空间，称为μ空间。粒子在某一时刻的力学运动状态()r r p p q q ,,,,11 ；可用μ空间的一个点表示。 6、试说明应用经典能量均分定理求得的理想气体的内能和热容量中哪些结论与实验不符（至少例举三项）。 答：第一、原子内的电子对气体的热容量为什么没有贡献；第二、双原子分子的振动在常温范围内为什么对热容量没有贡献；第三、低温下氢的热容量所得结果与实验不符。这些结果都要用量子理论才能解释。 7、写出玻耳兹曼关系，并据此给出熵函数的统计意义。 答：玻耳兹曼关系：S=k lnΩ 熵函数的统计意义：微观态数的多少反映系统有序程度的高低。微观态数增加就是有序程度的降低或是混乱程度增加，相应地熵增加；反之，微观态数减少就是有序程度的增加或混乱度减少，相应地熵减少。“熵是度量系统有序程度的量”有了明确定量意义。 8、 简述开系、闭系以及孤立系的定义。 答：热力学研究的对象是由大量微观粒子（分子或其它粒子）组成的宏观物质系统。与系统发生相互作用的其它物
数学物理方法_7
数学物理方法 课程类别校级优秀□省级优质 √省级精品□ 国家精品□ 项目主持人李高翔 课程建设主要成 员 陈义成、王恩科、吴少平、刘峰数学物理方法是理科院校物理类学生的一门重要基础课，该课程所涉内容，不仅为其后续课程所必需，而且也为理论和实际研究工作广为应用。因此，本课程教学质量的优劣，将直接影响到学生对后续课程的学习效果，以及对学生分析问题和解决问题的能力的培养。数学物理方法是物理专业师生公认的一门“难教、难学、难懂”的课程，为了将其变为一门“易教、易学、易懂”的课程，我们对该课程的课程体系、内容设置、教学方法等方面进行了改革和建设，具体做法如下： 一、师资队伍建设 优化组合的教师队伍，是提高教学质量的根本保证。本课程师资队伍为老、中、青三结合，其中45岁以下教师全部具有博士学位，均具有高级职称。课程原责任教师汪德新教授以身作则，有计划地对青年教师进行传、帮、带，经常组织青年教师观摩老教师的课堂教学、参与数学物理方法教材编写的讨论；青年教师主动向老教师学习、请教，努力提高自身素质和教学水平。现在该课程已拥有一支以中青年教师为主的教师队伍。同时，系领导对该课程教师队伍的建设一直比较重视，有意识地安排青年教师讲授相关的后续课程，例如，本课程现责任教师李高翔教授为物理系本科生和函授生多次主讲过《电动力学》、《量子力学》、《热力学与统计物理》等课程，使得他们熟知本门课程与后续专业课程的连带关系，因此在教学中能合理取舍、突出重点，并能将枯燥的数学结果转化为具体的物理结论，有利于提高学生的学习兴趣。培养学生独立分析问题和解决问题能力的一个重要前提是教师应该具有较强的科研能力，该课程的任课教师都是活跃在国际前沿的学术带头人或学术骨干，近5年来，他们承担国家自然科学基金项目共8项，在国内外重要学术刊物上发表科研论文60余篇，并将科研成果注入教学中。此外，本课程大多数教师有多次出国合作研究的经历，并且在学校
数学物理方法试题
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） 2、奇点分为几类？如何判别？ （6分） 3、何谓定解问题的适定性？（6分） 4、什么是解析函数？其特征有哪些？（6分） 5、写出)(x δ挑选性的表达式（6分） 6、写出复数2 3 1i +的三角形式和指数形式（8分） 7、求函数 2 ) 2)(1(--z z z 在奇点的留数（8分） 8、求回路积分 dz z z z ?=12cos （8分） 9、计算实变函数定积分dx x x ?∞ ∞-++1 1 4 2（8分） 10、求幂级数k k i z k )(11 -∑∞ = 的收敛半径（8分） 二、计算题（共30分） 1、试用分离变数法求解定解问题（14分） ?? ?????=-===><<=-====0, 2/100 ,000002t t t l x x x x xx tt u x u u u t l x u a u
2、把下列问题转化为具有齐次边界条件的定解问题（不必求解）（6分） ??? ? ? ???? ===-==?====0,sin 0),(000b y y a x x u a x B u u y b Ay u u π 3、求方程 满足初始条件y(0)=0,y ’(0)=1 的解。(10分) 嘉应学院 物理 系 《数学物理方法》A 课程考试题 一、简答题（共70分） 1、什么是解析函数？其特征有哪些？（6分） 2、奇点分为几类？如何判别？ （6分） 3、何谓定解问题的适定性？（6分） 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） 5、写出)(x δ挑选性的表达式（6分） 6、求幂级数k k i z k )(11 -∑∞ = 的收敛半径（8分） 7、求函数2 )2)(1(1 --z z 在奇点的留数（8分） 8、求回路积分 dz z z z ?=12cos （8分） t e y y y -=-'+''32
数学物理方法期末考试规范标准答案
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
北邮数学物理方法18-19期末试题B
北京邮电大学2018-2019学年第一学期 《数学物理方法》期末试题（B ） 注意：本试卷共5 道大题。答题时不必抄题，要注明题号，所有答案一律写在答题纸上，否则不计成绩。 一、 解答下列各题（每题6分，共36分） 1、 写出三类基本方程的最简单形式。 2、求解下列本征值问题的本征值和本征函数 ()()()()()() 02,2?λ??π??π?''Φ+Φ=???''Φ+=ΦΦ+=Φ??3、将Bessel 方程 222()0x y xy x m y λ'''++-= 化成Sturm-Liouville 型方程，并指出其核函数和权函数。 4、用达朗贝尔公式求下列定解问题的解 ()()()20,0,,0cos ,,0. tt xx x t u a u x t u x x u x e ?-=-∞<<∞>??==??5、设()f x 在区间[-1,1]上的有界且连续，并设 ()()()0Legendre n n n n f x f P x P x ∞ ==∑其中是多项式 试证明 ()()11 212n n n f P x f x dx -+= ?. 6、已知Bessel 函数的递推公式1[()]()m m m m d x J x x J x dx -=，试计算30()x J x dx ?。
二、研究细杆上的热传导问题。设杆上的初始温度是均匀的为0,u 然后保持杆的一端的温度为不变的0,u 而另一端则有强度为恒定的热流0q 进入，即求解定解问题 22200000,,,.x x x l t u u a t x q u u u k u u ===???=?????==???=?? （25分） 三、 求解下列定解问题 ()222220001,0,0,,,0.b t t u u u a b t u u u u f t ρρρρρρρ====??????=+<
数学物理方法试题
数学物理方法试卷 一、选择题（每题4分，共20分） 1．柯西问题指的是（ ） A ．微分方程和边界条件. B. 微分方程和初始条件. C ．微分方程和初始边界条件. D. 以上都不正确. 2．定解问题的适定性指定解问题的解具有（ ） A ．存在性和唯一性. B. 唯一性和稳定性. C. 存在性和稳定性. D. 存在性、唯一性和稳定性. 3．牛曼内问题 ?????=??=?Γ f n u u ,02 有解的必要条件是（ ） A ．0=f . B ．0=Γu . C ．0=?ΓdS f . D ．0=?Γ dS u . 4．用分离变量法求解偏微分方程中，特征值问题???==<<=+0 )()0(0 ,0)()(''l X X l x x X x X λ 的解是（ ） A ．) cos , (2x l n l n ππ??? ??. B ．) sin , (2 x l n l n ππ?? ? ??. C ．) 2)12(cos ,2)12( (2x l n l n ππ-??? ??-. D ．) 2)12(sin ,2)12( (2x l n l n ππ-?? ? ??-. 5．指出下列微分方程哪个是双曲型的（ ） A ．0254=++++y x yy xy xx u u u u u . B ．044=+-yy xy xx u u u . C ．02222=++++y x yy xy xx u y xyu u y xyu u x . D ．023=+-yy xy xx u u u . 二、填空题（每题4分，共20分）
1．求定解问题???? ?????≤≤==>-==><<=??-??====πππx 0 ,cos 2 ,00 t ,sin 2 ,sin 20 ,0 ,00002222x u u t u t u t x x u t u t t t x x 的解是( ) 2．对于如下的二阶线性偏微分方程 0),(),(2),(=++++-fu eu du u y x c u y x b u y x a y x yy xy xx 其特征方程为( ). 3．二阶常微分方程0)()4341()(1)(2'''=-++ x y x x y x x y 的任一特解=y （ ). 4．二维拉普拉斯方程的基本解为（ r 1ln ），三维拉普拉斯方程的基本解为（ ）. 5．已知x x x J x x x J cos 2)( ,sin 2)(2 121ππ== -，利用Bessel 函数递推公式求 =)(2 3x J （ ）. 三、（20分）用分离变量法求解如下定解问题 222220 000, 0, 00, 0, t 0, 0, 0x .x x l t t t u u a x l t t x u u x x u x u l ====???-=<<>???????==>?????==≤≤?? 解：
武大数学物理方法期末考试试题-2008
2008年数学物理方法期末试卷 一、求解下列各题（10分*4=40分） 1． 长为l 的均匀杆，其侧表面绝热，沿杆长方向有温差，杆的一段温度为零，另一端有热量流入，其热流密度为t 2sin 。设开始时杆内温度沿杆长方向呈2 x 分布，写出该杆的热传导问题的定解问题。 2． 利用达朗贝尔公式求解一维无界波动问题 ?????=-=>+∞<<-∞=-==2||)0,(040 0t t t xx tt u x u t x u u 并画出t=2时的波形。 3． 定解问题???? ???≤≤==∞<<==<<<<=+====) 0( 0,sin )0( 0 ,)0 ,0( ,000a x u x B u y u ay u b y a x u u b y y a x x yy xx ，若要使边界条件齐次化，，求其辅助函数，并写出相应的定解问题 4． 计算积分?-+=1 11)()(dx x P x xP I l l 二、（本题15分）用分离变量法求解定解问题 ?????+===><<=-===x x u u u t x u a u t x x x xx t 3sin 4sin 20 ,0)0,0( 0002ππ 三、（本题15分）设有一单位球壳，其球壳的电位分布12cos |1+==θr u ，求球内、外的电位分布 四、（本题15分）计算和证明下列各题 1．)(0ax J dx d 2．C x x xJ x x xJ xdx x J +-=? cos )(sin )(sin )(100 五、（本题15分）圆柱形空腔内电磁振荡满足如下定解问题
???????===<<<<=+=?===0 00),(0,00),(0),(0l z z z z a u u z u l z a z u z u ρρρρλρ 其中2)(c ω λ=，为光速为电磁震荡，c ω。 （1） 若令)()(),(z Z R z u ρρ=，写出分离变量后关于)()(z Z R 和ρ满足的方程； （2） 关于)()(z Z R 和ρ的本征值问题，写出本征值和本征函数； （3） 证明该电磁振荡的固有频率为 ,3,2,1;,2,1,0 ,)()(220==+=m n l n a x c m mn πω 其中0m x 为零阶Bessel 函数的零点。 参考公式 （1） 柱坐标中Laplace 算符的表达式 （2） Legendre 多项式 （3） Legendre 多项式的递推公式 （4） Legendre 多项式的正交关系 （5） 整数阶Bessel 函数 （6） Bessel 函数的递推关系
数学物理方法教学改革探索
数学物理方法教学改革探索 摘要：数学物理方法作为我院物理学专业一门必修专业基础课程，在数学物理方法课程教学课时大大减少的情况下如何在较少课时内，在达到教学目的的同时又拓宽学生的知识面是我院面临的主要问题。本文针对数学物理方法课程教学中存在的一些问题，从教学内容、教学方法和考核方式三个方面提出了一些改革的建议，目的是全面提高学生的综合素质，使学生具有较深的理论知识，较强的实践能力和竞争意识，具备开拓进取、锐意创新的精神。abstract： the method of mathematical physics is a required professional basic course in our college. the teaching hours are reduced. how can we broaden the students’ knowledge，while achieving the goal of teaching in the limited teaching hours？ aiming at the problems in teaching of mathematical physics method， the paper puts forward the reform measures from teaching content， teaching method and evaluation method， to improve the overall quality of students， make students have deep theoretical knowledge， practical ability and sense of competition， a pioneering spirit， and innovation the spirit. 关键词：数学物理方法；教学改革；探索 key words： method of mathematical physics；teaching reform；explore
数学物理方法试卷(全答案).doc
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
【】数学物理方法试卷(全答案)
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 231i +的三角形式和指数形式（8分） ￥ 三角形式：()3 sin 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
数学物理方法笔记摘要
《数学物理方法》笔记摘要 【写在学习本课程之前】对于本课程本人的学习目标是熟悉数学物理方程本身的物理实质，对常见的分离变量法等要掌握解法，但公式等不必记住，会解决简单条件下的实际问题，如扩散方程、电测深问题、三维电场问题等。 第一章 数学物理方程基本概念 一、数学物理方程的提出 要解决物理量在时间和多维空间上的变化规律问题，这就导致了偏微分方程的产生。注意：所谓变化规律就是微分的思想，而在时间和空间上的多维变化就是偏微分方程。 二、定解问题 定解问题由泛定方程、边界条件、初始条件组成。 ①泛定方程：数学物理方程本身叫做泛定方程，不含有边界条件和初始条件。 ②边界条件：即物理问题所处的“环境”，也就是物理量在边界上的状况。 ③初始条件：及物理问题的“历史”，也就是开始时刻物理量的状况。 所以，解决物理问题，泛定方程是纽带，将边界值和初始值通过纽带推算到每个点、每个时刻，这就是解决数学物理问题的实质过程！ 三、泊松方程和拉普拉斯方程的物理本质 ①泊松方程是解决的物理场中的“有源”问题。 ②拉普拉斯方程解决的是物理场中的“无源”问题。 四、扩散方程 详见课本p145，将在后面的部分解决常见的扩散方程。 五、边界条件分类 （1）第一类边界条件 指的是在边界上物理量本身的值。 （2）第二类边界条件 指的是在边界上物理量法向导数的值， 【物理意义】针对电场、热传导、扩散问题来说就是在边界上的“对外”或“对内”的流量问题。 （3）第三类边界条件
对于热传导问题就是描述的自由冷却问题，即杆端热流强度与温度差之间的关系，详见课本p156. 六、线性偏微分方程的分类 （1）线性偏微分方程的定义 （2）分类 双曲型 抛物线型 椭圆型 第二章 分离变量法 一、偏微分方程能够进行分离变量的条件 （1）方程是常系数线性偏微分方程； （2）边界条件是齐次的。 二、分离变量法解决偏微分方程的步骤 （1）将非齐次边界条件化为齐次边界条件； （2）将非齐次泛定方程表示成两个泛定方程的线性组合； （3）将分离变量形式代入泛定方程，得到两个常微分方程； （4）将分离变量代入边界条件，和一个常微分方程组成特征方程，解出特征值；（5）将特征值代入另一个常微分方程并解之； （6）综合两个常微分方程的解，写出偏微分方程的解，然后代入初始条件，接触系数。 三、常见问题和所用到的基础数学知识 1.解特征方程的问题 2.常微分方程的解 3.傅立叶级数 4.常见的分部积分 四、齐次泛定方程和齐次边界条件的方程的解法 【例】在铀块中，除了中子的扩散运动外，还进行着中子的繁殖过程，每秒钟在 β，研究单位体积中产生的中子数目正比于该处的中子的浓度u，可以表示为u
信息学院2015-2016学年数学物理方法期末考试试题_A
兰州大学2015～2016 学年第1学期 期末考试试卷（A卷） 课程名称：数学物理方法任课教师： 学院：信息学院专业：年级：姓名：校园卡号： 一、填空(共24分，每空2分) 1. = ； 2. 由柯西公式可得= ，其中要求函数是函数； 3.幂级数收敛半径是； 4.积分= ； 5. 是f(z)的奇点，根据洛朗级数展开负幂项的个数可以将奇点分为三类，分别是、、。 6.已知函数f(x, y, z)，对于边界，则相应的第一类齐次边界条件可以表示 为。 7. 和，可以构成，与本征值相应的解称为。 8.一般情况下的求解域并不是规则形状，则可以采用法使得求解 域成为规则图形以简化求解。 二、简单计算（共26分，第1、2题每题6分，第3、4题每题7分） 1.在1<|z|<的环域上将函数f(z)= (z+1)/(z2-1)展开为洛朗级数。
2. 以勒让德多项式为基，在区间[-1, 1]上将函数展开为广义 傅里叶级数。 注： 3. 利用留数定理求。 4. 解析函数知识在求解某些势函数时有很大的帮助。我们已知复势表达式为 ，并且 ， ，求复势 ， 并写成关于z 的表达式。 三、 简答（共23分，前3题每题5分，第4题8分） 1. 简述解析函数的性质。 2. 施图姆-刘维尔型方程为 拉盖尔方程表示为施图姆-刘维尔型如下式所示 与勒让德方程相似，拉盖尔方程的解可以由拉盖尔多项式 表出。试根据 所学过的施图姆-刘维尔本征值问题的相关性质，最少写出拉盖尔方程的三条性质。 3. 写出柱坐标系下的Bessel 方程，Bessel 方程一般有哪几种解的形式，并写出方程的一种通解。 4. 在电路中会经常使用到矩形脉冲信号 试在初始边界条件f (0)=0的条件下，利用傅里叶积分的知识进行计算，简要说明如何通过简单的正弦信号获得该信号。 四、 综合题(共27分，第1题15分，第2题12分） 1. 有一个沿z 轴无限长的矩形波导，如右图所示，横截 面长为a ，宽为b ，左、右、底面三面接地，顶面电 a
【最最最最最新】数学物理方法试卷(附答案)
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
数学物理方法期末考试试题典型汇总
Mathematical methods for physics 一、 单项选择题（每小题2分） 1．齐次边界条件0),(),0(==t u t u x x π的本征函数是_______。 A)Λ3,2,1 sin =n nx B) Λ,2,1,0 cos =n nx C)Λ2,1,0 )21sin(=+n x n D) Λ2,1,0 )2 1cos(=+n x n 2．描述无源空间静电势满足的方程是________。 A) 波动方程 B)热传导方程 C) Poisson 方程 D)Laplace 方程 3．半径为R 的圆形膜，边缘固定，其定解问题是???? ?????====?-??===)(| ),(|0|0),(),(0t 02222ρψρ?ρρρt t R u u u t u a t t u 其解的形式为∑∞ ==100)()(),(m m m k J t T t u ρρ，下列哪一个结论是错误的______。 A) )()()()(20222 t T k a t T dt d t T m m m m -=满足方程 B ）圆形膜固有振动模式是)sin(0t ak m 和)cos(0t ak m C ）0m k 是零阶Bessel 函数的第m 个零点。 D ）)()(00ρρm m k J R =满足方程0)(2202=+'+''R k R R m ρρρ 4．)(5x P 是下列哪一个方程的解_________。 A ）0202)1(2=+'-''-y y x y x B ）0252)1(2=+'-''-y y x y x C ）0302)1(2=+'-''-y y x y x D ）052)1(2=+'-''-y y x y x 5．根据整数阶Bessel 函数的递推公式，下列结论哪一个是正确的________。 A ）)(2)()(120x J x J x J '=- B ）)()()(1 11x J x x J x xJ '=+ C ）)(2)()(210x J x x J x J = - D ）)(2)()(120x J x x J x J '=+ 二、 填空题（每题3分）
数学物理方法教学改革的探讨
数学物理方法教学改革的探讨 摘要:数学物理方法是物理学专业一门难且重要的基础课程。本文结合多年讲授数学物理方法的经验,介绍了在讲授数学物理方法教学过程中如何提高教学质量,增加学生学习兴趣所作的一些尝试,并取得了一定的效果。 关键词:数学物理方法教学改革学习兴趣 Research on Teaching Reform in the Course of Mathematical Physical Method Abstract:The course of Mathematical Physics Method is a not only important but also difficult course for physics department. Combined with teaching experience, some attempts of how to improve teaching quality and how to inspire study interesting have been introduced in this paper, through teaching practices, some expected results have been obtained. Key Words:Mathematical Physical Method;Teaching;Study interesting 数学物理方法一直是物理学专业学生最基本、同时也是最重要的专业基础课之一,是物理学专业学生学习后续课程的重要基础,所涉及的基本知识也是物理系学生必须要掌握的最基本内容[1～2]。在应用
关于“数学物理方法”课程教学改革的几点思考
关于“数学物理方法”课程教学改革的几点思考 摘要：数学物理方法是高等院校的一门重要专业基础课。在数学物理方法的教学中，注重学生学习知识的连贯性、专业性、拓展性可以增加他们的学习兴趣，实践性教学可以培养学生的创新精神和解决问题的能力，更好地理解数学物理方法课程的教学内容，达到该课程的教学目的。这些对提高教学质量都起到重要的作用。为了提高教学质量、增加学生的学习兴趣，本文结合教学经验提出了几点该课程教学改革的思考。 abstract： the method of mathematical physics is an important professional basic course in colleges and universities. in the method of mathematics and physics teaching， to pay attention to students’ consistency of learning knowledge can increase their interest in learning，practical teaching can cultivate students’ innovative spirit and ability to solve problems， to better understand the teaching contents of the course of methods of mathematical physics， achieve the purpose of teaching the course. these play an important role in improving the quality of teaching. combining the teaching experience， this paper puts forward some thoughts of teaching reform of this course， in order to improve the quality of teaching， stimulate students’interest in learning.