物理学毕业论文-物理学中关于自由度的讨论

《物理学毕业论文-物理学中关于自由度的讨论》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、青海师范大学毕业论文物理学中关于自由度的讨论系　　别：物理系专　　业：物理学班　　级：0601班学生姓名：薛刚学号：20061711018指导教师姓名：唐心科职称：教授最后完成时间：2010年5月5日１０物理学中关于自由度的讨论青海师范大学物理系0601班薛刚摘要：首先以两个简单形象的举例解释了自由度的概念，然后进一步解释分析了“力学”中自由度的几个特点，引入了刚体运动的自由度。又用举例分析来解释了“热学”和“原子物理学”中的一些微观客体的自由度，包括单原子分子的自由度、双原子分子的自由度、刚性

2、三原子分子的自由度、多原子分子的自由度、多原子分子内部的振动自由度以及由单、双、多原子分子形成的物质整体的自由度。最后总结说明了研究学习“力学”、“热学”和“原子物理学”中自由度的重要意义。关键词：自由度；刚体；振动自由度；能量按自由度均分定理AdiscussionofdegreeoffreedominphysicsThePhysicsDepartmentofQinghaiNormalUniversity,XueGangAbstract：Thispaperfirstlyisstartedwith

3、twosimplebutvividexamples,whichexplainedtheconceptofdegreeoffreedom.Thenitfurtheranalyzedafewcharacteristicsofthedegreeoffreedomindynamics.Meanwhile,itintroducedthedegreeoffreedomofrigidbodymovement.Next,therearestillenoughexamplesstatedtoexplainsome

4、microcosmicobjects’degreeoffreedominthermodynamicsandatomicphysics,includingthedegreeoffreedomofmonoatomicmolecule,biatommolecule,rigidbodytriatomicmolecule,multiatomicmolecule,theinnervibrationin１０multiatomicandthewholemixedobjectofmonoatomic,biatom

5、ic,multiatomicmolecule.Lastly,itcametothecomclusionthatstudyingthedegreeoffreedomindynamics,thermodynamicsandatomicphysicsissignificant.自由度的概念有广延而深邃的内涵。在力学、热学以及原子物理学中，自由度都是一个重要的概念。自由度是决定一个物体在空间的位置所需要的独立坐标的数目。怎样理解这个概念呢？先举几个例子进行理解。例如：用粉笔在黑板上画一段曲线的过程中，粉

6、笔的运动情况可以用X、Y两个坐标来描述；而对于飞行中的飞机，只考虑飞机的质心的运动时，则必须用X、Y、Z三个坐标来描述。所以说，正在画线的粉笔有2个自由度，正在飞行的飞机有3个自由度。一、“力学”中的自由度特点力学中，自由度是指确定一个力学系统的空间几何位形所需的独立变量的个数。其特点如下：（一）、被研究物体的自由度不会因坐标的选取不同而发生改变，如一个质点的三维空间运动，在任何坐标系中，自由度数均为3，即必须用X、Y、Z三个坐标来描述。（二）、被研究物体的自由度在同类参考系中不因参考系的动静而

7、有区别，质点在静、动两个惯性参考系中，质点自由度的种类、名称及数目都是一样的。１０（三）、同一研究对象，其自由度随其所在的“空间”不同而异。如：质点在设定不变的一条直线或曲线上的自由度为1；在设定不变的一个平面上的自由度为2；而在设定不变的空间中自由度为3。（四）、宏观上观察物体运动时，物体自由度越多，则受约束越少，从而物体越自由。（五）、自由度具有叠加性。物体的总自由度等于物体本身运动具有的自由度和其所处“空间”（形状改变或运动时）具有的自由度的叠加。如小球沿定长的直杆，杆又在平面内做定轴定速

8、转动，若小球看作一个质点，杆的“半径”很小可以忽略，则小球的总自由度等于小球在直杆上运动的1个自由度加上直杆在平面内做定轴转动的1个自由度，总自由度为2。（六）、“力学”中主要的自由度分类。质点自由度为3；刚体自由度为平动自由度3加转动自由度3等于6；非刚体，除反映物质整体运动的6个自由度外，还有3N－6个反映物质内部质点“振动”的自由度（暂且认为质点间的相互联系导致质点“振动”）理解自由度的概念后，现在引入刚体运动自由度。由于刚体的运动可分解为质心的平动和绕质心轴的转动，这样刚体的位置可决定如