Cocos2d x學習小結 開始篇

2022-05-06 15:57:09 字數 1565 閱讀 8778

想要學習cocos2d-x,是因為在高中物理課上找不到某些物理定律的證明,例如歐姆定律。

為此,我翻閱了稍高等級的物理教材,其中關於歐姆定律\(r=\frac\)的證明大體如下

把金屬導體中的質子視作相對靜止構成點陣的剛體,把電子視作可以在質子周圍自由穿梭,不時與質子進行完全彈性碰撞的剛體。

當導體中沒有電場時,導體內部的電子並不是靜止不動的。電子總是在不停的作無規則熱運動,不時與質子點陣相撞。在沒有外電場或其他原因的情況下,它們朝任一方向運動的概率都一樣。因此從巨集觀角度上看,自由電子的無規則熱運動並不產生電流。

當導體中加了電場時,電子的運動將由兩部分構成:無規則熱運動和在電場作用下的定向運動。這是可以認為電子的總速度由它的熱運動速度和因電場而產生的定向速度組成。前者的向量平均為0,後者的平均叫做漂移速度,用\(u\)來表示。這種巨集觀上的定向漂移運動形成了巨集觀電流。

自由電子在電場中獲得的加速度為\(a=-\frace\)。由於與質子的碰撞,自由電子定向速度的增加受到了限制。電子與質子點陣碰撞後沿什麼方向散射具有很大的偶然性。我們可以假設,其散射的速度沿各方向的概率相等,即這時電子完全喪失了定向移動的特徵,其定向速度\(u_0=0\)。此後電子在電場力的作用下從零開始作勻加速運動。到下次碰撞之前,它獲得的定向速度為\(u_1=a\bar\tau=-\frace\bar\tau\),其中\(\bar\tau\)為電子在兩次碰撞之間的平均自由飛行時間。

在乙個平均自由程(粒子在連續兩次碰撞之間可能通過的各段路程長度的平均值)內電子的平均漂移速度\(u=\frac=\frac(0-\frace\bar\tau)=-\frace\bar\tau\)。

又由於\(\bar\tau=\frac\),所以\(u=-\frac\frace\)

不知道大家還記不記得恆定電流的表示式,我們需要用它推出\(u\)與\(i\)的關係。取一段垂直於導線的面元\(\delta s\)。從巨集觀上來看,我們可以認為所有電子都用同一速度\(u\)運動。在時間\(\delta t\)內電子移過的距離為\(u\delta t\)。以\(\delta s\)為底,\(u\delta t\)為高作一柱體,設導體內電子密度為n,則此柱體內有\(nu\delta t\delta s\)個自由電子。在\(\delta t\)時間內通過\(\delta s\)的電量為\(\delta q= neu\delta t\delta s\),那麼\(i=\frac=neu\delta s\)

將前面關於u的式子帶入此式,得\(i=-\frac\frace=-\frac\fracu\)。由於\(n,e,m,\bar\lambda\)在任何情況下都是不變的,而\(\bar v\)在溫度不變時是不變的,因此溫度不變時\(\frac\)不變。

由於\(\frac\)在溫度不變時不變,並且在相同的電壓下,\(\frac\)越大,\(i\)越小,即導體對電流的阻礙作用越大,因此將\(r=\frac\)稱作導體的電阻,表示導體對電流的阻礙作用。

​ ——《新概念物理·電磁學》p305 金屬導電的經典電子論

順著把粒子抽象成可以完全彈性碰撞的剛體的思路,我想:能不能用cocos把這個模型用計算機建立起來?如果真的完成了這個專案,那它能模擬的就不只是歐姆定律的證明,還有物理選修3-1中靜電場和恆定電流的全部實驗內容。

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