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第59章 看得見的本徵態(求收藏求追讀求月票)

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滬上十月的清晨,有一種乾淨的冷意。

陽光被階梯教室高大的百葉窗,切割成一道道鋒利的“柵欄”,投在水磨石地面上。

將一百多個年輕而緊繃的背影,囚禁在明暗交錯的牢籠裏。

第一排,衛驍坐姿如松,文具依舊在桌角排成一絲不苟的直線,整個人像一柄磨礪到極致、即將出鞘的利劍。

許嘉誠和周衍則如臨大敵,反覆做着深呼吸,像兩個即將踏上拳臺的拳手。

而林允寧依舊坐在最後一排的“風景區”。

開考之前,他口袋裏那臺老舊的諾基亞1110,在靜音模式下,輕微地震動了幾下。

他單手滑開鍵盤鎖,幽藍色的屏幕亮起。

【發件人:秦雅】

“我把《TOEFL閱讀長難句100例》的語法結構分析筆記整理好,發你郵箱了,物理決賽加油!^_^”

屏幕還沒暗下,又是一震。

【發件人:夏天】

“林檸檬,我的‘冠軍氣’已經給你了,別給我丟人!”

林允寧看着屏幕上熟悉的顏文字和那句言簡意賅的“威脅”,心中那份因大戰將至而緊繃的弦,莫名地鬆了鬆。

他笑了笑,將手機按滅,塞回兜裏。

那兩個遠在千裏之外的好友,一個溫柔如水,一個熾烈如火,卻在此刻,以各自獨有的方式,化作了他心中最柔軟的鎧甲。

全國中學生物理競賽決賽的理論考場,是全國所有物理天才的修羅場。

三小時,五道大題。

每一道題,都像一位冷酷的劍客。

只出一招,便能精準地斬斷無數人的前路。

前四題,林允寧做得不緊不慢,如同在自家後院散步。

從“旋轉圓盤的電磁剎車”到“非均勻介質中的光線追跡”,題目刁鑽,計算繁瑣,卻依舊在他早已爛熟於心的知識體系射程之內。

真正讓整個考場氣壓驟降的,是最後一頁,那道價值三十分的壓軸大題。

【第五題(30分)】

一個內壁光滑的矩形金屬波導(短截成諧振段),在TE??基模下工作。現於腔內橫向插入一塊厚度爲δ(δ遠小於腔體尺寸a)、介電常數由ε變爲ε+Δε的薄介質片。試問:

1)判斷並估算諧振頻率f的變化方向與數量級;

2)給出頻移與介質片放置位置(橫向)、厚度、介電常數的依賴關係;

3)若將介質片置於電場節點附近,結論又將如何?

“嘶??”

後排,許嘉誠看到題目的瞬間,倒吸一口涼氣。

微擾論!

這根本不是一道題,這是一個由無數個計算陷阱構成的迷宮!

第一排,衛驍迅速在草稿紙上構建了擾動後的等效導納矩陣,開始求解修正後的本徵方程。

“這樣太慢了……”

筆尖不停,但她心中有種掉進陷阱的奇怪感覺。

這種方法雖然嚴謹,但計算量太大。

她不由自主地想起了後排那個總是懶洋洋的傢伙……

如果是他,會用什麼更“野”的路子來解?

這個念頭只是一閃而過,便被她強行壓下。

戰場之上,不容分心。

她重新聚焦於眼前的積分符號,目光更加犀利。

她身旁不遠處的周衍已經鋪開了兩張草稿紙,邊界條件、正交展開、擾動前後的亥姆霍茲方程……

無數個符號如同蟻羣般在紙上蔓延,但當他試圖構造微擾後的本徵方程時,複雜的三角函數積分和矩陣本徵值問題,像一片憑空出現的泥潭,讓他只能煩躁地劃掉,重來。

拆解,重構,再陷入僵局……

汗水,已經浸溼了周衍的鏡片,暈上一團霧氣。

坐在他旁邊一位不知哪一省的選手,只是看了一眼題目,便長嘆一口氣,認命般地將草稿紙翻回正面,開始仔細檢查前四道題的計算步驟。

??這位,已經放棄了。

而林允寧,只是將那支晨光中性筆的筆帽,輕輕“咔噠”一聲按上,又拔下。

清脆的聲響,像在給高速運轉的大腦點火。

“嘖,又是微擾論……”

他心中暗自吐槽,“出題老師沒別的好題目了麼?這是鐵了心要用積分把人淹死啊。”

然而,他沒有像其他人那樣,立刻撲進那片由麥克斯韋方程組構成的、深不見底的符號叢林。

他只是在答題紙最下方,隨手畫了一個潦草的長方形,代表波導腔的橫截面。

然後,又在橫向畫了一條平滑的、如同心電圖般的弧線??

那是TE??模式下,電場強度的空間分佈:兩側金屬壁處爲零,如同平靜的湖岸;腔體正中,能量最強,如同洶湧的浪峯。

一個簡潔優雅,卻蘊含着大量信息的物理圖像,躍然紙上。

他在這幅“心電圖”的浪峯處,用筆尖輕輕點了一個極細、極窄的小黑條,代表那塊被插入的介質片。

此刻,在他的視野裏。

這不再是一道電磁學計算題,而是一幅動態的能量畫卷,是一道幾何題目。

諧振腔,是一個封閉的能量池。

插入介質片,就像往水池裏丟進了一塊吸水能力更強的海綿。

它會貪婪地“吸收”周圍的電場能量,導致整個能量池的“電容”變大。

而對於一個LC振盪迴路,電容變大,振盪頻率……

自然會下降。

“嘖,原來如此,繞了半天,不就是個‘水囊並聯’的問題麼?還非得用麥克斯韋方程組包層金邊,出題人真夠能繞的。”

林允寧心裏嫌棄地吐槽一句,終於動筆。

卻不是去推導繁瑣的邊界條件。

他在圖下,寫下了結論的核心??

能量法的一階微擾公式:

(Δω/ω)≈-(1/2)*[∫(Δε*|E|?) dV ]/[∫(ε*|E|?) dV ]

他沒有去浪費時間去一步步推導這個公式,而是直接引用了結論。

畢竟,競賽場不是課堂,簡單的Slater一階頻移定理結果,沒必要慢慢展開。

但他還是用簡潔的一句話,將這冰冷的數學符號,翻譯成了生動的物理圖像:

“插入介質片(Δε>0),等效於增加了該區域的電能存儲能力。爲維持腔內電磁場能量在時間上的平均守恆,系統總能量對應的諧振頻率必須下降。”

第一問,解決!

接下來,一切都順理成章。

他將那複雜的體積分,用一個極其巧妙的近似,變成了與位置相關的代數式:

由於介質片極薄,體積分可近似爲:

Δf/f≈-(1/2)*(Δε/ε)*(Sδ/ V_eff)*[|E|?_slab /<|E|?>]

物理圖像清晰無比:

頻移的大小,正比於介質片的體積分數,以及它所在位置的“能量密度”,也就是場強的平方。

他在那幅簡筆畫的中央位置,畫了一個小小的箭頭,標註:

“反節點,|E|?最大,頻移最大”。

又在靠近金屬壁的兩側畫了兩個箭頭,標註:

“節點,|E|?→0,頻移趨近於零”。

寥寥數筆,後兩問的答案,也已經躍然紙上。

最後,他甚至懶得代入任何具體數字,只用兩行清晰的文字,給出了最核心的數量級估算:

“數量級估算:若ε_r ~ 2 (Δε/ε~ 1),薄片體積分數(Sδ/ V_eff)~ 10??,則頻移量級|Δf/f|~ 10??。頻移大小與介質片厚度δ、介電常數增量Δε成正比,並強烈依賴於其在電場中的位置。”

答題紙上,那幅簡潔的場分佈圖,像是從紙頁裏“浮”了出來,擁有了自己的生命。

所有的公式和文字,都像是爲它精心編寫的註腳。

第一排,衛驍依舊在筆耕不輟。

她以嚴謹的矩陣理論,構造了擾動後的等效導納,列出了邊界條件的修正本徵方程,將“嚴謹”二字貫穿到底。

像一臺極致穩健,卻也無比沉重的德國精密機牀。

而林允寧,卻早已將筆帽按回,身體向後,靠在了冰涼的椅背上。

像一個剛剛結束晨練的老大爺,懶洋洋地舒展了一下筋骨。

他翻回試卷正面,又仔仔細細地將前四題的計算步驟和單位,檢查了幾遍。

交卷鈴響起的瞬間,整個考場如同一個被瞬間抽掉空氣的真空罐。

壓抑的沉默之後,是此起彼伏的嘆息,彷彿劫後餘生。

監考老師從林允寧身邊走過,收走試卷時,目光下意識地在那幅簡潔的場分佈圖上,停頓了整整一分鐘。

……

“呼??”

走廊裏,死寂的空氣被瞬間激活。

許嘉誠像是剛從水裏撈出來,整個人靠在冰冷的牆壁上,滿頭是汗,大口喘息。

他拍着腦門,對同樣精疲力竭的周衍和有些心不在焉的林允寧說道:

“我靠,我差點被那個該死的邊界條件繞進去了!最後一題比我想的還陰!出題人簡直不是人!”

“別急着高興,”

周衍擦了擦眼鏡,神色卻依舊凝重,他壓低聲音,“我昨天在QQ上和一個上屆進過國家集訓隊的學長聊,他警告我,真正的‘鬼門關’,是明天的實驗考試。”

他頓了頓,推了推眼鏡,鏡片後的目光閃過一絲凝重,講述了一個流傳於競賽圈的恐怖故事:

“他說??去年決賽,人大附中的一個大神,實驗做到一半,突然停了下來。他盯着那臺示波器,足足看了五分鐘,然後對監考老師說了一句話??‘這臺機器的相位在漂移,我需要重新標定它的傳遞函數’。”

許嘉誠的笑容瞬間凝固。

“當時所有人都以爲他是神經病,”

周衍的聲音更低了,“但最後結果出來,全場只有他一個人,算對了那個該死的阻尼係數。據說,那個大神交卷的時候,實驗報告後面附了一頁紙,全是關於那臺示-波器傳遞函數的推導。從那天起,圈子裏就流傳一句話??在決賽的實驗場,永遠別把儀器當隊友……”

他頓了頓,補上了那句讓許嘉誠汗毛倒豎的後半句:

“把它當犯人審。”

“我靠……別說了,再說我今晚都睡不着了!”

許嘉誠誇張地打了個哆嗦,“我現在看誰都不像好人……呃,林神仙除外啊。”

風從樓梯井裏倒灌上來,帶着滬上深秋獨有的涼意。

林允寧拉了拉校服的拉鍊,打了個哈欠,目光卻像一把剛剛擦拭過的手術刀,反着冰冷的光。

他很清楚??那個真正會“說謊”的對手,馬上就要登場了。

……

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