Undergraduate
自然科學
普通物理:第八章-簡諧運動【暫停更新】
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✒【參考書籍/資料】:
1.劉宗儒-大學物理精要
2.Halliday-Fundamentals of Physics
3.Physics for Scientists and Engineers
4.中正大學物理系歷屆考古題
✒【內容/章節】:
8-0 純粹炫耀用哈哈哈哈(誤😂 只是想說普物
只要有歸納整理並了解每個定義與證明 以
及公式的使用時機 大學普物想要拿滿分絕
對有機會~
8-1 SHM運動方程式與圓周運動【結束】
8-2 彈簧震盪【結束】
8-3 單擺、實體擺、扭擺【結束】
8-4 強制震盪與阻尼震盪【更新中】
補充:複數、二階O.D.E.之解法
✒【筆記著重部分】:
1.主要:觀念與定理之多種證明方法、題目之
解法分析
2.次要:數學補充(微積分、線性代數...)
✒例題:【更新中】
註:剛體運動的沒更新到的部分會等之後有接家教再整理完整。

ノートテキスト
ページ1:
實體擺(小角度,即日<5°⇒ simd = tand≈日) (Physical Pendulum) 【力矩与轉動慣量】: ㄈㄛ=ㄩˋ ㄨ: => U- d =CM. -mg.d(sim 8 【能量規定】: 說明:ZE=const. mg = lö +8= mgd 0=0($HM) Io x Io = Icn + Md² =w= mgd Icx + Md² ICM+MJ² ∴T= 2T w T=2TU imgd ZE = ㄜˊ Io.co² + mg d (1-cose) = const. 200 E=Iow dt st + mg·d smo Sm00 = 0 dt " 9. B 0 mgd 1. 0+ 0=〇同理可得上述結果 註:(1)實体擺又稱「複擺」(Compound pendulum) (2) 複擺用途之一:測量「剛体繞定軸轉動之轉動慣量(Io) Io T = 2 TV ↑ = °I = mgd. 4 TV2 .. I CM = mgd 412 ·md⋅ 已知 扭擺 (Torsional Pendulum) (無小角度之限制) 【力矩与轉動慣量】: 施力 說明:此回復力遵守虎克定律 (振動幅度仍在細弦線之線性範圍內) 0 施力 5 回復力 == Σ7 = 11.α = - k = 10 70 0 = 0 dt z 11 e (SH.M) 2TV I T " T=2Tv.
ページ2:
§第二節 S.H.M-彈簧振盪(Spring Oscillicator) 无 mmmmm e F x 【牛頓力学】:ΣF=mā ⇒ -Ex=mx+ = 0 dix dt2 : - RW² cos (wt + 4 ) + for Roos (wt + $): 0 m " W |x=0>即a = - x ⇒R = ( — - w²)] cos (wt + 4) = 1 解有:①R=0 無物理意義解 @cos(wt+中)=0 ☑ 2πV W = m 。 = 3 = 0 = 3- 2元 m m 无 natural 11: x (t) = R cos (wt + $ ) = R [cos (wt) cost - sin (wt) sind ] = (R cost) cos(wt) - (Rsnø) sin(wt) 同理v(t),a(t)亦可整理成此型式 。 R 【能量觀】: U ³ C M ↳ 7 Å ¥ + ¿ ³ ¯ = = k [ R cos (wt + 4 ) ]] E + Ex = 2 m -Rwsin (wt + )] x E = 1/2 kk² = = mw³R² = const. Uma |Ex(max) Unmax ·次微分: It IL +12 E m dt V H a. = v(ma + kt) 18 ㄧˋ 6 a → dt. RE U(x) = dx dt x the same result
ページ3:
問題二 sr, where A, B are positive I consider a one-dimensional potential U(r) = Br-9- (a) Find the equilibrium point to in terms of A and B. constants. There is a static equilibrium point y = ro for this potential. (b) a partide with mass m and velocity v - dr = r moves in this potential. Write down the total energy Exot (Assume the total energy is conserved), and find the equation of motion for this system. (c) Near the equilibrium point, the system can be approximated x = r-ro, rewrite the equation of as a S.H.M. Let motion in part (b) as function of x by using the formula (ro+ x)=^. nx = Yo B ], if x «ro. (d) Find the period of this particle in terms of ro, A and/or B. (a) U(r) -B A = -ri r == U(r) = dr --9B ro A + = 9B + Ar² r² 10 Static equilibrium point: dr U (r) = 0 -9B + Ar² = 0 (b) Ex₁ = 12 m r² + U (r) = const. 0/12 Et mŕŕ + d dt - U (r) = 0 => mr + √r UJ (Y) = 0 dr 0 Ucr (c) r = r+x ⇒ (r.+x) " 2: + = m (r₁+x) -2/1-22] x.ro³ (r. -2x) .. ☑ &: 84 + (d) w = mr³ W BA 1 m²r.³ x = 0 AB (1+x) =0 9 B -r m r." (r.-10x) = m 1 =TV mr -2A- 一介 B r = A r 32 -9B = 0 110 A 9B - + 0 my 2 m -1° " [A(r. -2x) +91 (r.-10%) -8-A- mp3.x (r-r.) + Tro JU -21 dr² (r-ro) + JU dr Taylor expansion U (r) = U (r.) + For) = - F (r.) - PE dr JF dr (r-r.)+ " Ar 0 JU dr 1 F=-x
ページ4:
₤2 134 377 17 【例題-【HW11-17 【HW 11-1) A 0.650 kg mass oscillates according to the equation X = 0.25 sin (5.50 t) where X is n meters and t is in seconds. Determine. (a) the amplitude (b) the frequency (c) the period (d) the total energy (e) the kinetic and potential energy when x = 15 cm (0.15m). x(t)=0.25. sin (5.5t) 11 W (a) The amplitude A = 0.25m v(t) 21 w 5.5 (b) f = = ≈0.8751/5 d 2 TV 2 TV = dt. -x(t) 1.375 cos (5.5t) 11 21 27 (c) T = = ≈1.14 S Umax w 5.5 ㄨ 0.15 0.25 (d) E Ek (max) 0.15 11 11/27 -0.65. (1.375) ² ≈ 0.614J (e) sing = 0.15 = 33 ⇒ ca 50 = 5. 5 v = 1.375 +4 = 1.17/s x = 15 m = Ek = 12.0.65. (1.1)² ≈ 0.393J U ≈0.614 -0.393 = 0. 221 J or mat 20 ma+x -82x = P < 0 = = mw²x dx ² 2 U= |= mw². ☑ 2 = 0.65.5.5². (0.15) ≈ 0.221 J
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第八章 振盪Oscillations §第一節簡諧運動(Simple Harmonic Motion -130 + ( Angular frequency) Equation of motion for S.H.M: J²x +w w²³. x = =0 或ā=- dt 2 (x + w2 x = 0) 即「a∝x 但方向相反」。(證明詳見第二節) 註:(1)上式中,以 x=0為振盪中心(equilibrium position)。 (for SHM) (for circular motion). (2)上式中,w為Angular frequency,物理意義上与Angular velocity不同。 (3)上式為- differential equation,需依其運動軌跡(大图)猜測 其解 x(x)可能為 sin/cos出权。 【S.H.M与圓周運動】:依等效性將圓周運動之投影視為S.H.M.。 Vt 。 Rˊ x(t) ~t aci t = 0 wt. →x -x- 。 x(x) 可得: x(t) = R cos (wt+4) Umak = Ut→平衡 d v(t) = -RW sin(wt+) x(t) It 鉛直面投影作法相同! amax = ac→端点 d a(t) = = - Rw³ cos(wt +$) = (七) dt 註:(1)0点→ equilibrium position (2)wt+中⇒ 相位(phase):即以三角函叔描述波之角度。 (對於一個波,其循环中任一時刻之位置) (3) 4 ⇒ 相角(phase angle)/相位常取(phase constant):初始位置之一種描述。 (4) SH.M之週期(Period) 圓周運動之週期:T= v 2TUR = 2πV W
ページ6:
§第三節單擺、实体擺、扭擺 = 單擺(小角度,即日<5° → sme≈tand≈日) (Simple Pendulum) 【牛頓力学】: LcosB -U =0 【力矩与轉動慣量】 F = ma * - * mgsme = max = m.c.d°0 = mié dt² Lsing 恢復力 R& × Sine = 0 ⇒ - mg 0 = mLo g mg w, α 0 + 6=0>符合SH.M運動方程式 L w 說明:∑ㄥ=ㄩˇㄡ: -ng.bsme = ml*@ (mgsmB-L) .. e+ ō • 【能量】: 說明:ZE = const ZE = · mo² + mg. L (1 - cose) = const. 2 Ⅲ (RW) dt E = mL²ol dw + It dt masing. 20 sm00 = 0 dt 0 ◎切線速度ㄩ之分析: x = L smo⇒x= L cose e ⇒ v²= (L.è) y = Lose>y=-Lsme.é W 11: Expansion →此項用於誤差之計算) 0 sino 0- +31 +] -051 日陞小⇒0 T = 2元. 9. L -w² | = 0 同理可得上述結果女 10=0. + cos(wt+8) 代入推出(0) +8← L 8-7100 18 = 0 同理可得上述結果,
ページ7:
2.09KB/s ♫ O ← 19:13 407220048-1-... DA14% QA: 國立中正大學物理系普通物理答案卷 學年度 第 學期 班別: 01班週一、三10:00-12:00 □ 02班週二、四10:00-12:00 □ 03班週二、四14:00-16:00 □04班週二、四16:00-18:00 □ 05班週一、三10:00-12:00 □ 06班週二、四10:00-12:00 系別: 物理一 姓名: 鐘紘 學號: 4-7220048 注意事項: 1. 請遵守考場規則。 2.計算題只寫答案而無計算過程者不予計分。 3. 答案必須填寫於指定的答案空格內,才予計分。 4. 考試四十五分鐘後才可交卷離場。 5. 手機一律關機。 6.其他未盡事宜由試場人員處置。 A B 選擇題 35 14 49 1 2 3 4 計算題 選擇題作答區(請依題號位置依序作答) 52 51 XD. 總分 100 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 E C C F B BG D 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 F D C EC
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【二階O.DE之解】:(僅討論常係) Linear/Nonlinear: 線性O.DE. 之判斷: ①未知函权間(y)or其導函間(y)。 ③未知函权与導函权之次方权皆為一次。 ③不包含非線性函(siny, cosy, ery"..... 齐次(Homogeneous)、非齐次(Inhomogeneous) : (n) (n-1) n階O.DE:any + an-, Y (常係or变係权) •+ay'+ axy = R(x) ⇒ If R(x)=0,則為 H. O. D. E. ·無外力項(S.H.M. Damped oscillation) R(X) ≠ 0,則為I.O.D. E. (Forced oscillation) y 二階線性O.DE.可寫成: +a. •+by=k(x)或i+ay+by = R(x) dx2 dy dx (y") (y') 討論 R(x) =0之解一次解:(Homogenious Solution, n) 若y:(x),Vi=ln為其L.I.解⇒符合封閉性: 即:yh = diyi(x) ⇒ 向量加法与量乘法之封閉性。 2=1 快速判断解是否為L.I. : 即:fyi,vi=1...nare L.I. Wronskian 行列式值≠0 Y₁ Y2 yn W (y......, Yn) (n-1) ·積分几次 · 結論:n必含Ci, vi=in等n個積分常权。 討論R(x)≠0之解一特解:(Particular solution, yp) 特解:即非齐次解,几何上代表通过某些特定奌之曲線。 注意:hyp必互為L.I 結論:p不含未定係权。 “通” [y(x)=yn(x)+f(x) we are an adventure Story
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Euler 恆等式与其几何意義 Euler恆等式:e ix = cos x + i sinx VXER 證明如下:由定義法古展開式 ⇒ eix = 1 + ix + (ix) (x)(ix) (x)+ 21 1+-- 2! + + + 3! 4! x i + ✗ ? + ✗ 3! 4! 5' +ix- =[-*+**]+[*-+++] 21 4! 31 5! = cos x + i sinx [幾何意義:複和平面上,由ex(rx∈R)集合形成一半徑=1之圓・(Fig) I Heint = = cos nx+isin nx (cosx tisinx) 說明:以n=3為例 ix e = cos x + i sinx ⇒ (cosx+ismx) ³ = cos ³x + 3 i co s ²x smx - 3 cosx smx - = = = i sin x (cos 3x-3 cos x sin²x) + i (3 cos ³x smx - sin³x) = cosx (cosx-35m²x) + i sinx (3 cos²x - sin 2x) = cosx (40sx−3) + i sinx (3-4 sinx) (4 cos³x-3006x) + i (3 sinx - 4 sin²x) cos 3x+i sinex Q. E.V. @ Z, Z₂ = reid. 2. e202 = (ritz) e² (0₁+02) I Z.Z2 2. nicio - [n]. ' 22 I = re rzei = (0,-02) e £2 01+02 £2 82 E₁ £2 k 0.-02 you mustn't be freid to dream a little bigger. darling
ページ10:
第四節 旅制振盪与阻尼振盪 【秋字应用補充】: 虚权与授权:(Complex number) 工(虛軸) Z₁ = x + i 23 Z₁ +) Ze = xe+iye Z3 = (x+x2)+i(y+ye) E2 → R(实軸) > 坐標表示法 由此衍伸共軛葭叔 (Complex conjugate)之定義与性質: 對稱窨軸之矣。 Z 定義: Letz=x+y. 即区 = x - iy (Fig.) 性質: 0 Z. Z = | 8 |² © Z.Zz = 證明如下:①zz=(x+y)(x-y) = x²-xy+dxx-3y² 2 -1 = x² + y ² = [z][2 ZZ2 = (x+iy)(x2+iyz) = (x,x2-yy2)-i(x,y2+xzy.) Zzz = (x,y)(x2-iye)=(x,xz-y, ye) -i (X, Y2 + X2 Y₁) Q.E.D. i与各展開式之关係:(Complex function) 五種常見之展開式: ① e* = 1 + x + + + 2! 3! @ln(x+1)=x-号+号-ㄊㄨㄩㄝˊ ⑤sm x = x - 31 + 2 7! 4 + ④cosx = 1 + 2! 41 6! ste) E 微分 CAD F 李+x+375x In general (即泰勒展開): |X|< f(x) = f(x)+ fixe).(x-xe) + f(x)(x-x)²+ fe)(x) (x-xok. = k=0 k! 2! + Rn(x) Lagrange Remainder ni f(x)(x)(x-xx)+1 n f(n+1)(c) (n+1)! -(x-x) ·n+1
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求救! 流行音樂往往以誇張與浪漫的語言打動人心,某首歌曲中出現的歌詞:「熱愛105度的你,滴滴清純的蒸餾水!」,雖引起共鳴,卻也讓化學老師們眉頭一皺——這句話在科學上說得通嗎? 首先談溫度問題。在標準大氣壓(1 atm)下,純水的沸點為 100°C。若想讓水以液態存在於 105°C,外在壓力必須高於常壓。這與水的蒸氣壓有關:當外界壓力等於水的蒸氣壓時,水開始沸騰。提高外壓會導致沸點上升,這是壓力鍋能加快煮食速度的原理。以克拉珀龍方程式可粗略估算出水在 105°C 時的蒸氣壓約為 1.036 atm。也就是說,若在封閉容器中加壓加熱,水確實可以在 105°C 下仍為液態。 再談「蒸餾水」與「清純」的誤會。蒸餾水是指經過加熱蒸發再冷凝的水,已去除大部分溶解鹽類與微粒雜質,導電度低,應用於實驗室與某些醫療用途。然而,蒸餾水並非完全純淨,仍可能殘留微量溶解氣體與揮發性有機物。如果要進一步提純,需使用離子交換、反滲透、紫外殺菌等程序製得的超純水(Ultrapure Water)。超純水的電導率可低至 0.05 μS/cm 以下,遠低於蒸餾水的 5–10 μS/cm。 值得一提的是,水的「過熱現象」也值得關注。在沒有氣泡形成核心(如光滑容器、無雜質情況下),水在超過 100°C 時仍不沸騰,此時雖看似穩定,但一旦受到擾動,將瞬間產生劇烈沸騰,甚至造成危險。這解釋了為何微波加熱水時不建議使用過度光滑的杯具。 總之,「105度的蒸餾水」並非科學謬誤,而是需特定壓力與設備才能存在的現象。至於「滴滴清純」這種說法,若從化學純度標準來看,可能還需讓位給真正的超純水。音樂可以浪漫,但科學必須嚴謹。 1. 根據本文,若想讓蒸餾水在105°C下仍為液態,最合理的方式為何? A. 將蒸餾水放入開放鍋中大火加熱 B. 使用微波爐加熱並持續攪拌 C. 將蒸餾水置於高於常壓的密閉容器中加熱 D. 將蒸餾水置於低壓環境中減壓加熱 2. 關於蒸餾水與超純水的比較,下列何者正確? A. 蒸餾水導電度比超純水低,因為蒸餾過程已除去所有離子 B. 超純水需以多重程序去除殘餘雜質與微粒 C. 蒸餾水完全不含揮發性有機物,適合製藥用途 D. 超純水通常在家用開飲機中取得即可 3. 根據文中描述,關於過熱水的敘述何者錯誤? A. 水可能在高於沸點的溫度下仍保持液態 B. 若水中無氣泡形成點,水可能不立即沸騰 C. 過熱水受擾動後會突然爆沸 D. 過熱水現象常見於開放鍋爐加熱過程中 4. 請比較105度的蒸餾水、105度的冷凝水和105度的超純水的差異。
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想要詢問33題,要怎麼從32給的數字求Kp🙏
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