闭卷重建循环坐标与共轭动量的专属定义、三行推导、数值算例、算法与反例。
分析力学 · 小纸条
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闭卷重建时间平移与能量函数的专属定义、三行推导、数值算例、算法与反例。
闭卷重建空间平移与动量的专属定义、三行推导、数值算例、算法与反例。
闭卷重建旋转与角动量的专属定义、三行推导、数值算例、算法与反例。
闭卷重建Noether 定理的有限维推导的专属定义、三行推导、数值算例、算法与反例。
闭卷重建实验:守恒量漂移的专属定义、三行推导、数值算例、算法与反例。
闭卷重建破缺对称与近似守恒的专属定义、三行推导、数值算例、算法与反例。
核心:若 ∂L/∂t=0,则 E=Σ qdot_j p_j-L 守恒;自然系统中它常等于 T+V;算例/实验:逐行计算 dE/dt=-∂L/∂t,并对含速度势例子说明 E 未必等于 T+V;反例:L 不显含时间是条件;运动方程自治与外部约束做功需一致检查。
核心:若 ∂L/∂q_j=0,则 p_j=∂L/∂qdot_j 守恒;守恒对象由 L 的对称性决定;算例/实验:在中心力问题中由方位角循环推出角动量守恒,并核对其几何方向;反例:循环坐标依赖所选表示;坐标本身不出现才是判据,不是看势能一项。
核心:无穷小旋转 δr=ε×r 使 δL=0 时,对应 Noether 荷为总角动量;算例/实验:从各向同性势导出角动量守恒;再用轴对称势说明只保留一个分量;反例:对称群降为轴旋转时只得到轴向角动量,不是完整矢量守恒。
核心:连续空间平移不改变作用量时,总线动量守恒;内力抵消是该对称性的牛顿图像;算例/实验:对两粒子相互作用势 V(r1-r2) 做无穷小共同平移,导出总动量;反例:边界、外场或固定支点会破坏平移对称,不能仍宣称全系统动量守恒。
核心:数值积分后同时监测轨道误差与 Noether 荷相对漂移,比较显式 Euler 和辛 Euler;算例/实验:对谐振子运行固定时长,输出两种算法最大能量漂移;反例:短时间能量准不等于长期稳定;步长和采样相位都会影响漂移。
核心:若 δq_j=εX_j、δt=ετ 使 δL=dF/dt,则 J=Σp_jX_j-Hτ-F 沿运动守恒;算例/实验:完成无穷小变换、积分分部和使用 Euler–Lagrange 方程的三步推导;反例:准对称允许 L 改变一个全导数;把它误判为无对称会漏掉守恒量。
核心:小扰动破坏连续对称时,原守恒量按扰动尺度缓慢变化,可由 dJ/dt 的显式破缺项估计;算例/实验:在弱各向异性振子中计算角动量变化率并与数值轨道比较;反例:近似守恒必须给时间尺度和误差界,不能只说看起来几乎不变。