题目
下列属于热传导方程的是()。A. u tt -a 2 u xx=0B. ut-a2uxx=0C. Δu=0D. ρ u tt -Eu xx=0
下列属于热传导方程的是()。
A. u tt -a 2 u xx=0
B. ut-a2uxx=0
C. Δu=0
D. ρ u tt -Eu xx=0
题目解答
答案
B. ut-a2uxx=0
解析
本题考查热传导方程的基本形式,解题思路是明确热传导方程的标准表达式,然后将各选项与之进行对比。
热传导方程描述的是热量在介质中传播的规律,其标准形式为:
设$u(x,t)$表示在位置$x$和时间$t$处的温度,$a^2$是热扩散系数,热传导方程的一维形式为$u_t - a^2u_{xx} = 0$,其中$u_t=\frac{\partial u}{\partial t}$表示温度$u$关于时间$t$的偏导数,$u_{xx}=\frac{\partial^2 u}{\partial x^2}$表示温度$u$关于位置$x$的二阶偏导数。
下面对各选项进行分析:
- 选项A:$u_{tt}-a^2u_{xx}=0$,其中$u_{tt}=\frac{\partial^2 u}{\partial t^2}$,该方程是一维波动方程的标准形式,描述的是波的传播现象,并非热传导方程,所以选项A错误。
- 选项B:$u_t - a^2u_{xx} = 0$,与热传导方程的标准形式一致,所以选项B正确。
- 选项C:$\Delta u = 0$,其中$\Delta$是拉普拉斯算子,在二维直角坐标系中$\Delta u=u_{xx}+u_{yy}$,在三维直角坐标系中$\Delta u=u_{xx}+u_{yy}+u_{zz}$,该方程是拉普拉斯方程,描述的是稳态的物理现象,如静电场中的电势分布等,不是热传导方程,所以选项C错误。
- 选项D:$\rho u_{tt}-Eu_{xx}=0$,其中$\rho$是密度,$E$是弹性模量,该方程是一维杆的纵振动方程,描述的是杆的振动情况,不是热传导方程,所以选项D错误。