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插入介质片,就像往水池里丢进了一块吸水能力更强的海绵。
它会贪婪地“吸收”周围的电场能量,导致整个能量池的“电容”变大。
而对于一个LC振荡回路,电容变大,振荡频率……
自然会下降。
“啧,原来如此,绕了半天,不就是个‘水囊并联’的问题么?还非得用麦克斯韦方程组包层金边,出题人真够能绕的。”
林允宁心里嫌弃地吐槽一句,终于动笔。
却不是去推导繁琐的边界条件。
他在图下,写下了结论的核心——
能量法的一阶微扰公式:
(Δω/ω)≈-(1/2)*[∫(Δε*|E|²) dV ]/[∫(ε*|E|²) dV ]
他没有去浪费时间去一步步推导这个公式,而是直接引用了结论。
毕竟,竞赛场不是课堂,简单的Slater一阶频移定理结果,没必要慢慢展开。
但他还是用简洁的一句话,将这冰冷的数学符号,翻译成了生动的物理图像:
“插入介质片(Δε>0),等效于增加了该区域的电能存储能力。为维持腔内电磁场能量在时间上的平均守恒,系统总能量对应的谐振频率必须下降。”
第一问,解决!
接下来,一切都顺理成章。
他将那复杂的体积分,用一个极其巧妙的近似,变成了与位置相关的代数式:
由于介质片极薄,体积分可近似为:
Δf/f≈-(1/2)*(Δε/ε)*(Sδ/ V_eff)*[|E|²_slab /]
物理图像清晰无比:
频移的大小,正比于介质片的体积分数,以及它所在位置的“能量密度”,也就是场强的平方。
他在那幅简笔画的中央位置,画了一个小小的箭头,标注:
“反节点,|E|²最大,频移最大”。
又在靠近金属壁的两侧画了两个箭头,标注:
“节点,|E|²→0,频移趋近于零”。
寥寥数笔,后两问的答案,也已经跃然纸上。
最后,他甚至懒得代入任何具体数字,只用两行清晰的文字,给出了最核心的数量级估算:
“数量级估算:若ε_r ~ 2 (Δε/ε~ 1),薄片体积分数(Sδ/ V_eff)~ 10⁻³,则频移量级|Δf/f|~ 10⁻³。频移大小与介质片厚度δ、介电常数增量Δε成正比,并强烈依赖于其在电场中的位置。”
答题纸上,那幅简洁的场分布图,像是从纸页里“浮”了出来,拥有了自己的生命。
所有的公式和文字,都像是为它精心编写的注脚。
第一排,卫骁依旧在笔耕不辍。
她以严谨的矩阵理论,构造了扰动后的等效导纳,列出了边界条件的修正本征方程,将“严谨”二字贯穿到底。
像一台极致稳健,却也无比沉重的德国精密机床。
而林允宁,却早已将笔帽按回,身体向后,靠在了冰凉的椅背上。
像一个刚刚结束晨练的老大爷,懒洋洋地舒展了一下筋骨。
他翻回试卷正面,又仔仔细细地将前四题的计算步骤和单位,检查了几遍。
交卷铃响起的瞬间,整个考场如同一个被瞬间抽掉空气的真空罐。
压抑的沉默之后,是此起彼伏的叹息,仿佛劫后余生。
监考老师从林允宁身边走过,收走试卷时,目光下意识地在那幅简洁的场分布图上,停顿了整整一分钟。
……
“呼——”
走廊里,死寂的空气被瞬间激活。
许嘉诚像是刚从水里捞出来,整个人靠在冰冷的墙壁上,满头是汗,大口喘息。
他拍着脑门,对同样精疲力竭的周衍和有些心不在焉的林允宁说道:
“我靠,我差点被那个该死的边界条件绕进去了!最后一题比我想的还阴!出题人简直不是人!”
“别急着高兴,”
周衍擦了擦眼镜,神色却依旧凝重,他压低声音,“我昨天在QQ上和一个上届进过国家集训队的学长聊,他警告我,真正的‘鬼门关’,是明天的实验考试。”
他顿了顿,推了推眼镜,镜片后的目光闪过一丝凝重,讲述了一个流传于竞赛圈的恐怖故事:
“他说——去年决赛,人大附中的一个大神,实验做到一半,突然停了下来。他盯着那台示波器,足足看了五分钟,然后对监考老师说了一句话——‘这台机器的相位在漂移,我需要重新标定它的传递函数’。”
许嘉诚的笑容瞬间凝固。
“当时所有人都以为他是神经病,”
周衍的声音更低了,“但最后结果出来,全场只有他一个人,算对了那个该死的阻尼系数。据说,那个大神交卷的时候,实验报告后面附了一页纸,全是关于那台示-波器传递函数的推导。从那天起,圈子里就流传一句话——在决赛的实验场,永远别把仪器当队友……”
他顿了顿,补上了那句让许嘉诚汗毛倒竖的后半句:
“把它当犯人审。”
“我靠……别说了,再说我今晚都睡不着了!”
许嘉诚夸张地打了个哆嗦,“我现在看谁都不像好人……呃,林神仙除外啊。”
风从楼梯井里倒灌上来,带着沪上深秋独有的凉意。
林允宁拉了拉校服的拉链,打了个哈欠,目光却像一把刚刚擦拭过的手术刀,反着冰冷的光。
他很清楚——那个真正会“说谎”的对手,马上就要登场了。
……