7 Nov

为什么是抛物线?——聚光面研究

很多读者都知道,反射望远镜、射电望远镜、太阳能集热器等都有一个抛物状的面,它们都是利用了抛物面能将平行射入的光汇聚到一个点(焦点)上的性质。如果问为什么抛物面具有此性质,相信很多高中生都可以利用抛物线的相关知识来证明。但是,如果反过来问:为什么具有此性质的曲面是抛物面?相信会难倒一部分读者。我们来尝试寻找这一曲线(由于对称的原因,这个曲面可以看作由曲线旋转而成,因此我们可以研究曲线)。

世上最大单孔径射电望远镜

世上最大单孔径射电望远镜

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13 Nov

意犹未尽——继续光学曲线

《为什么是抛物线?——聚光面研究》这篇文章里头,我们从光学性质出发,推导出了符合该光学性质的曲线为抛物线,同时我们也不禁感到了向量分析的美妙。也许有的读者会意犹未尽:圆锥曲线有三种,文章只介绍了一种。那好,在这篇文章里,我们就从另外两个光学性质出发,推导出符合这两个光学性质的曲线(椭圆、双曲线)。

(注:在下面的描述中,橙色加粗向量表示光线,曲线表示反射面。)

一、从一个点发出的光线经过曲线(面)反射后汇集到另外一个点上。

椭圆的光学性质

椭圆的光学性质

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9 Dec

受伤-守恒定律

今天上体育课的时候,BoJone与同学们正兴致勃勃地打着篮球,不料临近下课之时,同学猛一击(当然只是无意摩擦,没有恶意),我感到一阵猛疼——眼角处的肉破裂了!开始的一分钟内不停流血,奇怪的是到了校医室之后血就止住了(还没有经过任何处理,只是一直按住)。本以为只是小伤,简单处理就好,谁知校医说需要到外边的医院缝针,否则可能留疤毁容!!

既然如此严重,无奈只能服从了,简单处理伤口后就和母亲一起到了医院,缝了两针。由于接下来两天都得去医院消毒清洗伤口,所以干脆就请假回家了,周一再上学吧(貌似我在学校也仅仅是自学,没有多大区别^_^)...不过从受伤到现在,我还没有机会看到我的伤口究竟咋样...

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10 Dec

《自然极值》系列——6.最速降线的解答

通过上一小节的小故事,我们已经能够基本了解最速降线的内容了,它就是要我们求出满足某一极值条件的一个未知函数,由于函数是未知的,因此这类问题被称为“泛分析”。其中还谈到,伯努利利用费马原理巧妙地得出了答案,那么我们现在就再次回顾历史,追寻伯努利的答案,并且寻找进一步的应用。

最速降线-1

最速降线-1

为了计算方便,我们把最速降线倒过来,把初始点设置在原点。在下落过程中,重力势能转化为动能,因此,在点(x,y)处有$\frac{1}{2} mv^2=mgy\Rightarrow v=\sqrt{2gy}$,由于纯粹为了探讨曲线形状,所以我们使g=0.5,即$v=\sqrt{y}$。在点(x,y)处所走的路程为$ds=\sqrt{dy^2+dx^2}=\sqrt{\dot{y}^2+1}dx$,所以时间为$dt=\frac{ds}{v}=\frac{\sqrt{\dot{y}^2+1}dx}{\sqrt{y}}$,于是最速降线问题就是求使$t=\int_0^{x_2} \frac{\sqrt{\dot{y}^2+1}dx}{\sqrt{y}}$最小的函数。

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1 Jan

你好,2011!

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2010已经成为历史了,在2011的第一天,BoJone祝大家新年快乐,生活、学习、工作都更上一层楼!我愿一直与大家探讨科学,分享科学!

一直想好好地总结一下过去的一年内的事情,无奈事情太多,一拖再拖。其实在2010年里,最值得纪念的当然就是完完整整地经历了一次天文竞赛。从3月的预选,到五月的宁夏固原决赛,接着是7月的北京集训,最后是9月下旬的北京IOAA。一步步走来的足迹,浮现在脑海,历历在目。

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2 Jan

[2011]一睹“食”的风采

2011年地球上将会发生6次“食”,其中包括四次日偏食和两次月全食。日偏食中有两次发生在遥远的南极,基本上无人可睹,其余的两次在我国的观测条件都不理想。其中1月4日那次在西北部可见,6月2日(北京时间是06.02,世界时是06.01)那次在东北部可见。

当然,上帝是公平的,我们没有比较好的日食观测,但能够观测到两次比较好的月全食。这分别发生在06.16和12.10,其中06.16那次,能够看到带食月落,而12.10那次则是全程可见。

心动了吧?让我们一同期待,那个晴朗的夜晚!

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9 Jan

不可能事件——一道经典电磁感应题的错误

相信高二理科的学生都会做过这样的一道题目:

光滑导轨-电磁感应

光滑导轨-电磁感应

水平放置于匀强磁场中的光滑导轨上,磁感应强度为B,平衡导轨的距离为L,有一根导体棒ab,用恒力F作用在ab上,由静止开始运动,回路总电阻为R,求ab的最大速度。

对于高二学生来说,这样的题目是很好解决的。只要列出
$E=BLv,I=\frac{E}{R},f_1=BIL$,并根据当匀速运动时速度最大,由受力平衡有$f_1=F$,解得
(E:感应电动势;I:感应电流;f1:安培力)
$$v=\frac{FR}{B^2 L^2}$$

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19 Jan

寒假来了...

考完昨天下午的英语,就收拾东西回家,开始寒假之旅...

不论如何,假日的日子总是需要珍惜,尤其这是高中阶段最后一个长假了。

这个假期把心思放到英语常微分方程上,重点研究一些特殊性的三体问题,如周期解、共线解等。希望读者多多支持,呵呵!还有抽多点时间来与各位天文爱好者交流天文,以及更新整理一下天文奥赛网。

加油!BoJone.