长L15cm的直导线AB上均匀地分布着线密度为
大物习题集
如果它包含q所在顶点则 e 0
9-12 半径为 R1 和 R2 ( R2 R1 )的两无限长同轴圆柱面，单位长度
上分别带有电量 和 ，试求: (1) r R1 ； (2) R1 r R2 ； (3) r R2 处各点的场强。
q 解： 高斯定理 E dS ，取同轴圆柱形高斯面，侧面积 S 2 πrl
11-6 如题11-5所示，在两平行载流的无限长直导线的平面内有一 矩形线圈。两导线中的电流方向相反、大小相等，且电流以
dI 的变化率增大，求： dt
(1)任一时刻线圈内所通过的磁通量； (2)线圈中的感应电动势。 解: 以向外磁通为正，则
(1)
m
ba
0 I
2 πr 2 πr Il ba d a 0 [l n ln ] 2π b d
s
0
E 则 dS E 2πrl
S
(1) 当 r R1 时
q 0 E 0
方向沿径向向外。 2π 0 r
(2)当 R1 r R2 时 q l E
(3) 当 r R2 时
q 0 E 0
9-17 如题9-17图所示，在A、B两点处放有电量分别为+q 和-q 的
图9-7
EQy
d λ dEQy 2 l 4πε0
l 2 l 2
dx (x d )
2 3 2 2 2
l
2 2π 0 l 2 4d 2
将 5.0 109 C m 1 , l 15cm, d 2 5cm 代入得
EQ EQy 14.96102 N C 1，方向沿y轴正向。
点电荷，AB间距离为2R，现将另一正试验点电荷我我 q0 从 O点经过半圆弧移到C点，求移动过程中电场力作的功。
第七章静止电荷的电场作业题目及解答
（3）金属球的电势
R Q Q Q 1 1 r U E d l dr dr ( ) 2 2 r R R 4 r 4 r 4 R R 0 r 0 0 r
e e e ee e
C F 7-64 电容 的电容器在800V的电 1 4 差下充电，然后切断电源，并将此电容器 的两个极板分别和原来不带电、电容为 的C 6 F 电容器两极板相连，求： 2 （1）每个电容器极板所带电荷量； （2）连接前后的静电场能
0
ε
q´
0
0
题号 结束
7-20 在半径为R，电荷体密度为ρ 的均 匀带电球内，挖去一个半径为 r 的小球，如 图所示。试求：O、O′、P、 P′各点的场 强。 O、O′、P、 P′在一条直线上。
P′.
P O . O . .′ r R
题号 结束
解：
E1 E2
带电荷-ρ 的小球的场强 带电荷ρ 的大球的场强
0 0
r1 . P
O O′ . . r R
0
ρ r2 E2 =
3 ε E1
0
EP = E2 =
r2 P.
3 ε
ρ
r2
0
r3 r12
O O′ . . r R
题号 结束
(4)P ´点的场强： 3 4 r 1 2 π r 1 r E1 4 π 1 = ρ ε 3 r 2 O O ′ P ′ 3 . . ρ . r E1 = r 2 r R 3 ε 1
UP =
4 π ε r> > re a = re cosq
0
1
q (r 1
Байду номын сангаас
2q + q ) r r2 r1 r a
大学物理课后习题答案第八单元
dE P =
1 λdx 4 πε 0 (a − x ) 2
λ E P = ∫ dE P = 4πε 0
=
∫
l 2 l − 2
dx (a − x ) 2
λ 1 1 [ − ] l l 4 πε 0 a− a+ 2 2
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=
λl πε 0 (4a 2 − l 2 )
沿径向向外
∴
(3) ∴
r > R2
∑q = 0
E=0
题 8-12 图 8-12 两个无限大的平行平面都均匀带电，电荷的面密度分别为 σ 1 和 σ 2 ， 试求空间各处场强． 解: 如题 8-12 图示，两带电平面均匀带电，电荷面密度分别为 σ 1 与 σ 2 ， 两面间， E =
�
1 � (σ 1 − σ 2 )n 2ε 0
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习题八 8-1 电量都是 q 的三个点电荷，分别放在正三角形的三个顶点．试问：(1) 在这三角形的中心放一个什么样的电荷，就可以使这四个电荷都达到平衡 (即每个电荷受其他三个电荷的库仑力之和都为零)?(2)这种平衡与三角形 的边长有无关系? 解: 如题 8-1 图示 (1) 以 A 处点电荷为研究对象，由力平衡知： q ′ 为负电荷
4λlr 4π ε 0 (r 2 +
l2 l2 ) r2 + 4 2
∵ ∴
λ= EP = qr
q 4l
方向沿 OP
l2 l2 4πε 0 (r 2 + ) r 2 + 4 2
8-9
(1)点电荷 q 位于一边长为a的立方体中பைடு நூலகம்，试求在该点电荷电场中穿
大学物理简明教程(第2版)(赵近芳)习题答案,习题7 静电场
7-1 电量都是q的三个点电荷，分别放在正三角形的三个顶点.试问： (1)在这三角形的中心放一个什么样的电荷，就可以使这四个电荷都达到 平衡(即每个电荷受其他三个电荷的库仑力之和都为零)？(2)这种平衡与 三角形的边长有无关系？ 解: 如题7-1图示 (1) 以处点电荷为研究对象，由力平衡知：为负电荷 解得 (2)与三角形边长无关．
解: 电容上电量 电容与并联 其上电荷 ∴
题7-15图
题7-12图 (2)外壳接地时，外表面电荷入地，外表面不带电，内表面电荷仍为． 所以球壳电势由内球与内表面产生：
7-13 在半径为R1的金属球之外包有一层外半径为R2的均匀电介质球壳， 介质相对介电常数为r，金属球带电Q。试求： （1）电介质内、外的电场强度； （2）电介质层内、外的电势； （3）金属球的电势。 解: 利用有介质时的高斯定理 (1)介质内场强
; 介质外场强 (2)介质外电势 介质内电势 (3)金属球的电势
7-14 计算球形电容器的电容和能量。已知球形电容器的内外半径分别为 R1和R2,带电量分别为Q和-Q。为简单起见，设球内外介质介电常数均 为0。 解：，
R1 R2 r o 和, 体积元 能量 电容器的电容
7-15 如题7-15图所示，，，，上电压为50 V.求：.
题7-1图
题7-2图
题7-2图 7-2 两小球的质量都是m，都用长为l的细绳挂在同一点，它们带有相 同电量，静止时两线夹角为2θ，如题7--2图所示.设小球的半径和线的质 量都可以忽略不计，求每个小球所带的电量. 解: 如题7-2图示
解得
7-3 在真空中有A，B两平行板，相对距离为d，板面积为S，其带电量 分别为＋q和－q.则这两板之间有相互作用力f，有人说，又有人说，因 为f＝qE，，所以试问这两种说法对吗？为什么？f到底应等于多少？ 解: 题中的两种说法均不对．第一种说法中把两带电板视为点电荷是不 对的，第二种说法把合场强看成是一个带电板在另一带电板处的场强也
大学物理（下）答案
⼤学物理（下）答案⼤学物理学答案【下】北京邮电⼤学出版社习题99.1选择题(1) 正⽅形的两对⾓线处各放置电荷Q，另两对⾓线各放置电荷q，若Q所受到合⼒为零，则Q与q的关系为：（）（A）Q=-23/2q (B) Q=23/2q (C) Q=-2q (D) Q=2q[答案：A](2) 下⾯说法正确的是：（）（A）若⾼斯⾯上的电场强度处处为零，则该⾯内必定没有电荷；（B）若⾼斯⾯内没有电荷，则该⾯上的电场强度必定处处为零；（C）若⾼斯⾯上的电场强度处处不为零，则该⾯内必定有电荷；（D）若⾼斯⾯内有电荷，则该⾯上的电场强度必定处处不为零。
[答案：D](3) ⼀半径为R的导体球表⾯的⾯点荷密度为σ，则在距球⾯R处的电场强度（）（A）σ/ε0 （B）σ/2ε0 （C）σ/4ε0 （D）σ/8ε0[答案：C](4) 在电场中的导体内部的（）（A）电场和电势均为零；（B）电场不为零，电势均为零；（C）电势和表⾯电势相等；（D）电势低于表⾯电势。
[答案：C]9.2填空题(1) 在静电场中，电势不变的区域，场强必定为[答案：相同](2) ⼀个点电荷q放在⽴⽅体中⼼，则穿过某⼀表⾯的电通量为若将点电荷由中⼼向外移动⾄⽆限远，则总通量将。
[答案：q/6ε0, 将为零](3) 电介质在电容器中作⽤（a）——（b）——。
[答案：(a)提⾼电容器的容量;(b) 延长电容器的使⽤寿命](4) 电量Q均匀分布在半径为R的球体内，则球内球外的静电能之⽐[答案：5：6]9.3 电量都是q的三个点电荷，分别放在正三⾓形的三个顶点．试问：(1)在这三⾓形的中⼼放⼀个什么样的电荷，就可以使这四个电荷都达到平衡(即每个电荷受其他三个电荷的库仑⼒之和都为零)?(2)这种平衡与三⾓形的边长有⽆关系?解: 如题9.3图⽰(1) 以A处点电荷为研究对象，由⼒平衡知：q'为负电荷1q212cos30?=4πε0a24πε0qq'(2a)3解得q'=-q 3(2)与三⾓形边长⽆关．题9.3图题9.4图9.4 两⼩球的质量都是m，都⽤长为l的细绳挂在同⼀点，它们带有相同电量，静⽌时两线夹⾓为2θ ,如题9.4图所⽰．设⼩球的半径和线的质量都可以忽略不计，求每个⼩球所带的电量．解: 如题9.4图⽰Tcosθ=mg??q2 ?Tsinθ=F=1e?4πε0(2lsinθ)2?解得q=2lsinθ40mgtan9.5 根据点电荷场强公式E=q4πε0r2，当被考察的场点距源点电荷很近(r→0)时，则场强→∞，这是没有物理意义的，对此应如何理解?解: E=q4πε0r2?r0仅对点电荷成⽴，当r→0时，带电体不能再视为点电荷，再⽤上式求场强是错误的，实际带电体有⼀定形状⼤⼩，考虑电荷在带电体上的分布求出的场强不会是⽆限⼤．9.6 在真空中有A，B两平⾏板，相对距离为d，板⾯积为S，其带电量分别为+q和-q．则这两板之间有相互作⽤⼒f，有⼈说f=q2 4πε0d2,⼜有⼈说，因为f=qE,E=q，所ε0Sq2以f=．试问这两种说法对吗?为什么? f到底应等于多少?ε0S解: 题中的两种说法均不对．第⼀种说法中把两带电板视为点电荷是不对的，第⼆种说法把合场强E=q看成是⼀个带电板在另⼀带电板处的场强也是不对的．正确解答应为⼀个ε0Sqqq2=板的电场为E=，另⼀板受它的作⽤⼒f=q，这是两板间相互作⽤2ε0S2ε0S2ε0S的电场⼒．-19.7 长l=15.0cm的直导线AB上均匀地分布着线密度λ=5.0x10-9C·m的正电荷．试求：(1)在导线的延长线上与导线B端相距a1=5.0cm处P点的场强；(2)在导线的垂直平分线上与导线中点相距d2=5.0cm 处Q点的场强．解：如题9.7图所⽰(1) 在带电直线上取线元dx，其上电量dq在P点产⽣场强为dEP=1λdx 24πε0(a-x)λEP=?dEP=4πε0?l2l-2dx 题9.7图2(a-x)=λ11[-] ll4πε0a-a+22=⽤l=15cm，λ=5.0?10-9λlπε0(4a2-l2) C?m-1, a=12.5cm代⼊得EP=6.74?102N?C-1 ⽅向⽔平向右(2)同理 dEQ=由于对称性dEQxl1λdx ⽅向如题9.7图所⽰4πε0x2+d22?=0，即EQ 只有y分量，1λdx=4πε0x2+d22d2x+d222?∵dEQyEQy=?dEQyldλ=24πε2l2l-2dx(x2+d22)32 =-9λl2πε0l+4d222以λ=5.0?10C?cm-1, l=15cm,d2=5cm代⼊得EQ=EQy=14.96?102N?C-1，⽅向沿y轴正向9.8 ⼀个半径为R的均匀带电半圆环，电荷线密度为λ,求环⼼处O 点的场强．解: 如9.8图在圆上取dl=Rd?题9.8图dq=λdl=Rλd?，它在O点产⽣场强⼤⼩为dE=λRd?⽅向沿半径向外4πε0R2则dEx=dEsin?=λsin?d?4πε0R-λcos?d?4πε0Rπ-?)= dEy=dEcos(积分Ex=?π0λλsin?d?=4πε0R2πε0REy=?π0-λcos?d?=0 4πε0R∴E=Ex=λ，⽅向沿x轴正向．2πε0R9.9 均匀带电的细线弯成正⽅形，边长为l，总电量为q．(1)求这正⽅形轴线上离中⼼为r处的场强E；(2)证明：在r>>l处，它相当于点电荷q产⽣的场强E．解: 如9.9图⽰，正⽅形⼀条边上电荷?q在P点产⽣物强dEP ⽅向如图，⼤⼩为4dEP=λ(cosθ1-cosθ2)4πε0r2+l42∵cosθ1=lr2+l22cosθ2=-cosθ1∴dEP=λ4πε0r2+l42lr2+l22dEP在垂直于平⾯上的分量dE⊥=dEPcosβ∴dE⊥=λl4πε0r2+l42rr2+l22r2+l42题9.9图由于对称性，P点场强沿OP⽅向，⼤⼩为EP=4?dE⊥=4λlr4πε0(r2+ll)r2+4222∵λ=∴EP=q 4l2qr4πε0(r2+ll)r2+422 ⽅向沿9.10 (1)点电荷q位于⼀边长为a的⽴⽅体中⼼，试求在该点电荷电场中穿过⽴⽅体的⼀个⾯的电通量；(2)如果该场源点电荷移动到该⽴⽅体的⼀个顶点上，这时穿过⽴⽅体各⾯的电通量是多少?q 解: (1)由⾼斯定理E?dS= sε0⽴⽅体六个⾯，当q在⽴⽅体中⼼时，每个⾯上电通量相等∴各⾯电通量Φe=q．6ε0(2)电荷在顶点时，将⽴⽅体延伸为边长2a的⽴⽅体，使q处于边长2a的⽴⽅体中⼼，则边长2a的正⽅形上电通量Φe=q 6ε0 对于边长a的正⽅形，如果它不包含q所在的顶点，则Φe=如果它包含q所在顶点则Φe=0．q，24ε0如题9.10图所⽰．题9.10 图9.11 均匀带电球壳内半径6cm，外半径10cm，电荷体密度为2×108cm ,12cm 各点的场强．解: ⾼斯定理E?dS=s-5C·m求距球⼼5cm，-3??∑q,E4πrε02=∑q ε0 ?当r=5cm时，∑q=0,E=0r=8cm时，∑q=p4π33) (r -r内3ρ∴E=4π32r-r内≈3.48?104N?C-1，⽅向沿半径向外．24πε0r()r=12cm时,∑q=ρ4π33）(r外-r内3ρ∴E=4π33r外-r内3≈4.10?104 N?C-1 沿半径向外. 24πε0r()9.12 半径为R1和R2(R2 ＞R1)的两⽆限长同轴圆柱⾯，单位长度上分别带有电量λ和-λ,试求:(1)r＜R1；(2) R1＜r＜R2；(3) r ＞R2处各点的场强．解: ⾼斯定理E?dS=sq ε0取同轴圆柱形⾼斯⾯，侧⾯积S=2πrl则E?dS=E2πrl S对(1) r∑q=lλ (2) R1∴E=λ沿径向向外2πε0r(3) r>R2 ∑q=0∴E=0题9.13图9.13 两个⽆限⼤的平⾏平⾯都均匀带电，电荷的⾯密度分别为σ1和σ2，试求空间各处场强．解: 如题9.13图⽰，两带电平⾯均匀带电，电荷⾯密度分别为σ1与σ2，两⾯间，E=?1?(σ1-σ2)n 2ε01(σ1+σ2)n σ1⾯外，E=-2ε0σ2⾯外，E=?1?(σ1+σ2)n 2ε0n：垂直于两平⾯由σ1⾯指为σ2⾯．9.14 半径为R的均匀带电球体内的电荷体密度为ρ,若在球内挖去⼀块半径为r＜R的⼩球体，如题9.14图所⽰．试求：两球⼼O 与O'点的场强，并证明⼩球空腔内的电场是均匀的．解: 将此带电体看作带正电ρ的均匀球与带电-ρ的均匀⼩球的组合，见题9.14图(a)．(1) +ρ球在O点产⽣电场E10=0，-ρ球在O点产⽣电场E2043πrρ=OO' 4πε0d3r3ρ；∴O点电场E0=3ε0d343πdρ?(2) +ρ在O'产⽣电场E10'=34πε0d-ρ球在O'产⽣电场E20'=0ρOO∴O'点电场E0'=3ε0题9.14图(a) 题9.14图(b) ??(3)设空腔任⼀点P相对O'的位⽮为r'，相对O点位⽮为r (如题8-13(b)图)ρr则EPO=，3ε0ρr'EPO'=-, 3ε0ρ??ρρd(r-r')=OO'=∴EP=EPO+EPO'= 3ε03ε03ε0∴腔内场强是均匀的．-69.15 ⼀电偶极⼦由q=1.0×10C的两个异号点电荷组成，两电荷距离d=0.2cm，把这电偶极⼦放在1.0×10N·C的外电场中，求外电场作⽤于电偶极⼦上的最⼤⼒矩． 5-1解: ∵电偶极⼦p在外场E中受⼒矩M=p?E∴Mmax=pE=qlE代⼊数字Mmax=1.0?10-6?2?10-3?1.0?105=2.0?10-4N?m9.16 两点电荷q1=1.5×10C，q2=3.0×10C，相距r1=42cm，要把它们之间的距离变为-8-8r2=25cm，需作多少功?解: A=?r2r1??r2qqdrqq11F?dr=?122=12(-) r24πεr4πε0r1r20=-6.55?10-6J外⼒需作的功A'=-A=-6.55?10 J-6题9.17图9.17 如题9.17图所⽰，在A，B两点处放有电量分别为+q,-q的点电荷，AB间距离为2R，现将另⼀正试验点电荷q0从O点经过半圆弧移到C点，求移动过程中电场⼒作的功．解: 如题9.17图⽰UO=1qq(-)=0 4πε0RRUO=1qqq (-)=-4πε03RR6πε0Rqoq 6πε0R∴A=q0(UO-UC)=9.18 如题9.18图所⽰的绝缘细线上均匀分布着线密度为λ的正电荷,两直导线的长度和半圆环的半径都等于R．试求环中⼼O点处的场强和电势．。
大学物理学第四版答案
大学物理学第四版答案【篇一：大学物理(第四版)课后习题及答案机械振动】13-1分析弹簧振子的振动是简谐运动。
振幅a、初相?、角频率?是简谐运动方程x?acos??t???的三个特征量。
求运动方程就要设法确定这三个物理量。
题中除a、?已知外，?可通过关系式??2?确定。
振子运动的速度t和加速度的计算仍与质点运动学中的计算方法相同。
解因??2?，则运动方程 t?2?t?x?acos??t????acos?t??? ?t?根据题中给出的数据得x?(2.0?10?2m)cos[(2?s?1)t?0.75?]振子的速度和加速度分别为v?dx/dt??(4??10?2m?s?1)sin[(2?s?1)t?0.75?]a?d2x/dt2??(8?2?10?2m?s?1)cos[(2?s?1)t?0.75?x-t、v-t及a-t图如图13-l所示???13-2 若简谐运动方程为x?(0.01m)cos?(20?s?1)t??，求：（1）振幅、频率、角频率、周期和4??初相；（2）t=2s 时的位移、速度和加速度。
13-2分析可采用比较法求解。
将已知的简谐运动方程与简谐运动方程的一般形式x?acos??t???作比较，即可求得各特征量。
运用与上题相同的处理方法，写出位移、速度、加速度的表达式，代入t值后，即可求得结果。
解（l）将x?(0.10m)cos[(20?s?1)t?0.25?]与x?acos??t???比较后可得：振幅a= 0.10 m，角频率??20?s?1，初相??0.25?，则周期 t?2?/??0.1s，频率??1/t?10hz。
（2）t= 2s时的位移、速度、加速度分别为x?(0.10m)cos(40??0.25?)?7.07?10?2mv?dx/dt??(2?m?s?1)sin(40??0.25?)a?d2x/dt2??(40?2m?s?2)cos(40??0.25?)若有一质量为m的质点在此隧道内做无摩擦运动。
大学物理习题7详解
习题77.1 选择题(1) 下面说法正确的是： [ ]（A ）若高斯面上的电场强度处处为零，则该面内必无电荷； （B ）若高斯面内无电荷，则高斯面上的电场强度处处为零；（C ）若高斯面上的电场强度处处不为零，则高斯面内必定有电荷； （D ）若高斯面内有净电荷，则通过高斯面的电通量必不为零； （E ）高斯定理仅适用于具有高度对称性的电场。
[答案：D]（2）点电荷Q 被曲面S 所包围 ， 从无穷远处引入另一点电荷q 至曲面外一点，如题7.1（2）图所示，则引入前后, ［ ］ (A) 曲面S 的电场强度通量不变，曲面上各点场强不变．(B) 曲面S 的电场强度通量变化，曲面上各点场强不变． (C) 曲面S 的电场强度通量变化，曲面上各点场强变化．(D) 曲面S 的电场强度通量不变，曲面上各点场强变化． 题7.1（2）图[答案D ]（3）在电场中的导体内部的 [ ]（A ）电场和电势均为零； （B ）电场不为零，电势均为零；（C ）电势和表面电势相等； （D ）电势低于表面电势。
[答案：C]（4）两个同心均匀带电球面，半径分别为R a 和R b (R a ＜R b ), 所带电荷分别为Q a 和Q b ．设某点与球心相距r ，当R a ＜r ＜R b 时，该点的电场强度的大小为： ［ ］(A) 2014a b Q Q r ε+⋅π． (B) 2014a bQ Q r ε-⋅π． (C)22014a b b Q Q r R ε⎛⎫⋅+ ⎪⎝⎭π． (D) 2014a Q r ε⋅π．[答案 D]（5）如果某带电体其电荷分布的体密度增大为原来的2倍，则其电场的能量变为原来的 ［ ］ (A) 2倍． (B) 1/2倍．(C) 4倍． (D) 1/4倍．[答案 C]7.2 填空题（1）在静电场中，电势不变的区域，场强必定为 。
[答案：相同]（2）一个点电荷q 放在立方体中心，则穿过某一表面的电通量为 ，若将点电荷由中心向外移动至无限远，则总的电通量将 。
普通物理练习题及解析
第一章一、填空1、一飞轮边缘上一点的路程与时间的关系为2021btt v s -=，0v 、b 都是正的常量，已知飞轮的半径为R ，时刻t 的法向加速度为 ，切向加速度为 。
Rbt v 20)(-，-b2、一个作平面运动的质点，它的运动方程是)(),(t v v t r r==，如果0,0≠=dtr d dt dr质点作 运动；如果0,0≠=dtvd dt dv质点作 运动。
圆周；匀速率曲线二、选择题下列哪种情况不可能发生？（ ）（C ） A 一物体具有加速度而其速度为零B 一物体具有恒定速率但仍有变化的速度C 一物体具有恒定速度但仍有变化的速率D 一物体具有沿X 轴正方向的加速度而有沿X 轴负方向的速度 三、简述题1、位移和路程有何区别？答：位移表示位置的变化，是矢量；路程是位置变化的过程量，是标量。
2、速度和速率有何区别？ 答：速度表示运动的快慢和方向的量，是矢量；速率只表示运动的快慢，是标量。
3、瞬时速度和平均速度的区别和联系是什么？答：瞬时速度表示瞬间运动的快慢和方向，它对时间的积分就得到位移；平均速度是位移对时间的平均。
四、计算题已知m ＝3kg 的质点，其运动方程的正交分解式为j t i t r )28(52++=（SI ）。
试求： （1）质点在任意时刻t 的加速度矢量的正交分解式；（2）质点在时刻t=5s 时所受的合力。
解：（1）j t i dtr d v 165+==（m ．s－1），a=16j（2）F=ma=48j （N ）第二章1、凡是对一个惯性系作 运动的一切物体都是惯性系。
匀速直线2、凡是相对惯性系作 运动的物体都是非惯性系。
加速3、一物体 只具有机械能而无动量；一物体 只有动量而无机械能。
（填可以或不可以） 可以；可以 二、选择题让两小滑块1和2分别从等高的光滑斜面和光滑弧面的顶端由静止出发下滑至底部，则下述结论哪些是对的？（ ）A A ．两滑块到达底部时速率相同； B ．两滑块到达底部所作时间相同； C ．下滑过程中重力所作的功必相同； D ．正压力对物体的运动无影响 关于摩擦力，正确的说法是（ ）。
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6-4、如图,在直角三角形ABC的A点上有电荷q1=1.8×10-9C,B点上有点电荷q2=-4.8×10-9C,试求C点的电场强度(BC=0.04m,AC=0.03m)6-5、长为l=15cm的直导线AB,如图,均匀地分布着电荷线密度λ=5.0×10-9C·m-1的电荷.求(1)导线的延长线上与导线一端B相距R=0.05m处P点的场强,(2)在导线的垂直平分线上与导线中点相距R=0.05m处Q点的埸强.6-6、如图,将一根细玻璃棒弯曲成半径为R,圆心角2π/3的圆弧,其上均匀地分布着+q的电荷,求圆弧的圆心O点处的埸强和电势.6-7、如图,有2个均匀带电的1/4圆环与x轴对称放置,半径为R,x轴上端电荷线密度为λ1(λ1>0),x轴下端线电荷密度为λ2(λ2>0),求(1)曲率中心O处的电场强度,(2)曲率中心O处的电势.6-8、如图,2个均匀带电的金属同心球壳,内球壳半径R1=5.0cm,带电q1=0.60×10-8C,外球壳内半径R2=7.0cm,外半径R3=9.0cm,带电q2=-2.0×10-8cm,求距球心3.0cm,6.0cm,8.0cm,10.0cm各点处的埸强. 6-9、如图，有一半径为R的无限长薄壁圆筒，单位长度带电荷为λ,(1)用高斯定理求离圆筒轴线垂直距离为r处的电场强度E,并画出E-r曲线,若ra 和rb分别为a、b两点到圆筒轴线的垂直距离,且R<ra <rb,试求a、b两点间的电势差Uab.6-10，如图，两无限大带电平面相互平行，面电荷密度分别为+σ1和+σ2，分别求Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区的电场强度。
6-11，在电场力的作用下，一点电荷q从a点移动到b点时，电场力作功为A1，从b点移动到c点时，电场力作功为A2，则从c点移动a点时电场力作了多少功？6-13，电偶极子周围的电势分布与什么有关？当电偶极子绕其中心以匀角速度旋转时，用曲线描绘出某观察点的电势随时间变化的关系。
大学物理第05章 静电场习题解答
第5章 静电场习题解答5.1一带电体可作为点电荷处理的条件是（ C ） （A ）电荷必须呈球形分布。
（B ）带电体的线度很小。
（C ）带电体的线度与其它有关长度相比可忽略不计。
（D ）电量很小。
5.2图中所示为一沿 x 轴放置的“无限长”分段均匀带电直线，电荷线密度分别为+λ（x >0）和 -λ（x < 0），则 oxy 坐标平面上点（0，a ）处的场强 E 为：（ B ） ( A ) 0 ( B )02aλπεi ( C )04a λπεi ( D ) ()02aλπε+i j 5.3 两个均匀带电的同心球面，半径分别为R 1、R 2(R 1<R 2)，小球带电Q ，大球带电-Q ，下列各图中哪一个正确表示了电场的分布 （ d ）(C) (D)5.4 如图所示，任一闭合曲面S 内有一点电荷q ，O 为S 面上任一点，若将q 由闭合曲面内的P 点移到T 点，且OP =OT ，那么 （ d ）(A) 穿过S 面的电通量改变，O 点的场强大小不变； (B) 穿过S 面的电通量改变，O 点的场强大小改变； (C) 穿过S 面的电通量不变，O 点的场强大小改变；(D) 穿过S 面的电通量不变，O 点的场强大小不变。
5.5如图所示，a 、b 、c 是电场中某条电场线上的三个点，由此可知 （ c ） (A) E a >E b >E c ； (B) E a <E b <E c ； (C) U a >U b >U c ； (D) U a <U b <U c 。
5.6关于高斯定理的理解有下面几种说法，其中正确的是 （ c ）(A) 如果高斯面内无电荷，则高斯面上E处处为零；(B) 如果高斯面上E处处不为零，则该面内必无电荷； (C) 如果高斯面内有净电荷，则通过该面的电通量必不为零；(D) 如果高斯面上E处处为零，则该面内必无电荷。
5.7 下面说法正确的是 [ D ](A)等势面上各点场强的大小一定相等； (B)在电势高处，电势能也一定高； (C)场强大处，电势一定高；(D)场强的方向总是从电势高处指向低处.5.8 已知一高斯面所包围的体积内电量代数和0i q =∑ ，则可肯定：[ C ] （A ）高斯面上各点场强均为零。
黄淮学院《大学物理》课后答案5
(
)
7 半径为 R1 和 R2 ( R2 ＞ R1 )的两无限长同轴圆柱面，单位长度上分别带有电量 λ 和- λ , 解: 高斯定理 E ⋅ dS =
∫s
�
�
∑q
ε0
� � E ∫ ⋅ dS = E 2πrl
S
取同轴圆柱形高斯面，侧面积 S = 2 πrl 则 对(1) (2)
r < R1
∑ q = 0, E = 0 ∑ q = lλ
(3)设此时内球壳带电量为 q ′ ；则外壳内表面带电量为 − q ′ ，外壳外表面带电量为 − q + q ′ (电荷守恒)，此时内球壳电势为零，且
UA =
q' q' − q + q' − + =0 4 πε 0 R1 4 πε 0 R2 4 πε 0 R2
得 外球壳上电势
q′ =
R1 q R2
UB =
Q1 = C1U 1
电容 C 2 与 C 3 并联 C 23 = C 2 + C 3 其上电荷 Q23 = Q1 ∴
U2 =
Q23 C1U 1 25 × 50 = = C 23 C 23 35
25 ) = 86 V 35
U AB = U 1 + U 2 = 50(1 +
5 (1)点电荷 q 位于一边长为a的立方体中心，试求在该点电荷电场中穿过立方体的一个面
解: (1)由高斯定理 E ⋅ dS =
∫s
�
�
q ε0
立方体六个面，当 q 在立方体中心时，每个面上电通量相等 ∴ 各面电通量 Φ e =
q ． 6ε 0
(2)电荷在顶点时，将立方体延伸为边长 2a 的立方体，使 q 处于边长 2a 的立方体中心，则 边长 2a 的正方形上电通量 Φ e =
大学物理简明教程习题7详解
习题77.1 选择题(1) 下面说法正确的是： [ ]（A ）若高斯面上的电场强度处处为零，则该面内必无电荷； （B ）若高斯面内无电荷，则高斯面上的电场强度处处为零；（C ）若高斯面上的电场强度处处不为零，则高斯面内必定有电荷； （D ）若高斯面内有净电荷，则通过高斯面的电通量必不为零； （E ）高斯定理仅适用于具有高度对称性的电场。
[答案：D]（2）点电荷Q 被曲面S 所包围 ， 从无穷远处引入另一点电荷q 至曲面外一点，如题7.1（2）图所示，则引入前后, ［ ］(A) 曲面S 的电场强度通量不变，曲面上各点场强不变．(B) 曲面S 的电场强度通量变化，曲面上各点场强不变．(C) 曲面S 的电场强度通量变化，曲面上各点场强变化．(D) 曲面S 的电场强度通量不变，曲面上各点场强变化． 题7.1（2）图[答案D ]（3）在电场中的导体内部的 [ ]（A ）电场和电势均为零； （B ）电场不为零，电势均为零；（C ）电势和表面电势相等； （D ）电势低于表面电势。
[答案：C]（4）两个同心均匀带电球面，半径分别为R a 和R b (R a ＜R b ), 所带电荷分别为Q a 和Q b ．设某点与球心相距r ，当R a ＜r ＜R b 时，该点的电场强度的大小为： ［ ］ (A)2014a bQ Q r ε+⋅π． (B)2014a bQ Q r ε-⋅π．(C)22014a b b Q Q r R ε⎛⎫⋅+ ⎪⎝⎭π． (D)2014aQ rε⋅π．[答案 D]（5）如果某带电体其电荷分布的体密度增大为原来的2倍，则其电场的能量变为原来的 ［ ］ (A) 2倍． (B) 1/2倍．(C) 4倍． (D) 1/4倍． [答案 C]7.2 填空题（1）在静电场中，电势不变的区域，场强必定为 。
[答案：相同]（2）一个点电荷q 放在立方体中心，则穿过某一表面的电通量为 ，若将点电荷由中心向外移动至无限远，则总的电通量将 。
电学习题
= A / r ，在球心处有一点电荷Q，证明当A = Q /（2 π
a2）时，球壳区域内的场强的大小E 与 r 无关。 证：在球壳区域内任一高斯球面，半径为r 。 由高斯定理：
q内 E ds
s
E 4r
2
q内
0
0 q内 E 2 4r 0
Q
r a
b
证：在球壳区域内任一高斯球面，半径为r 。
2
1.以下说法中正确的是[
]
(A) 场强为零处，电势一定为零，电势为零处，场强
一定为零；
(B) 电势较高处，场强一定较大，电势较低处，场强
也一定较小；
(C) 在均匀电场中，各点的场强相等，各点的电势也
相等；
(D) 空间任意点的电势取值与电势零点的选取有关，
但空间任意两点间的电势差是固定的，与电势零点的
选取无关。
2. 在场强大小为E的均匀静电场中，取一半球面，其
半径为R，场强的方向和半球面的轴平行，则通过半
球面的电场强度通量为 [ (A) ] (B)
R E
2
2 R E
2
(C)
2 R 2 E
(D)
1 2 R E 2
3.在没有其它电荷存在的情况下，一个点电荷q1受另
一点电荷 q2 的作用力为f12，当放入第三个电荷Q后，
一、选择题
1、在静电场中，下列说法正确的是：
A）带正电荷的导体，其电势一定是正值。
B）等势面上各点的场强一定相等。
C）场强为零处，电势也一定为零。
√ D）场强相等处，电势梯度矢量一定相等。
2、若空间存在两根无限长直载流导线，空间的磁场 分布就不具有简单的对称性，则该磁场分布： A）不能用安培环路定理计算。
大学物理学第版修订版北京邮电大学出版社下册第九章习题答案
习题99.1选择题(1) 正方形的两对角线处各放置电荷Q ，另两对角线各放置电荷q ，若Q 所受到合力为零，则Q 与q的关系为：（）（A ）Q=-23/2q (B) Q=23/2q (C) Q=-2q (D) Q=2q[答案：A](2) 下面说法正确的是：（）（A ）若高斯面上的电场强度处处为零，则该面内必定没有电荷；（B ）若高斯面内没有电荷，则该面上的电场强度必定处处为零； （C ）若高斯面上的电场强度处处不为零，则该面内必定有电荷； （D ）若高斯面内有电荷，则该面上的电场强度必定处处不为零。
[答案：D](3) 一半径为R 的导体球表面的面点荷密度为σ，则在距球面R 处的电场强度（） （A ）σ/ε0 （B ）σ/2ε0 （C ）σ/4ε0 （D ）σ/8ε0[答案：C](4) 在电场中的导体内部的（）（A ）电场和电势均为零； （B ）电场不为零，电势均为零；（C ）电势和表面电势相等； （D ）电势低于表面电势。
[答案：C]9.2填空题(1) 在静电场中，电势不变的区域，场强必定为 。
[答案：相同](2) 一个点电荷q 放在立方体中心，则穿过某一表面的电通量为 ，若将点电荷由中心向外移动至无限远，则总通量将 。
[答案：q/6ε0, 将为零](3) 电介质在电容器中作用（a ）——（b ）——。
[答案：(a)提高电容器的容量;(b) 延长电容器的使用寿命](4) 电量Q 均匀分布在半径为R 的球体内，则球内球外的静电能之比 。
[答案：5：6]9.3 电量都是q 的三个点电荷，分别放在正三角形的三个顶点．试问：(1)在这三角形的中心放一个什么样的电荷，就可以使这四个电荷都达到平衡(即每个电荷受其他三个电荷的库仑力之和都为零)?(2)这种平衡与三角形的边长有无关系?解: 如题9.3图示(1) 以A 处点电荷为研究对象，由力平衡知：q '为负电荷 解得 q q 33-=' (2)与三角形边长无关．题9.3图 题9.4图9.4 两小球的质量都是m ，都用长为l 的细绳挂在同一点，它们带有相同电量，静止时两线夹角为2θ,如题9.4解: 如题9.4图示解得θπεθtan 4sin 20mg l q =9.5 根据点电荷场强公式204rq E πε=，当被考察的场点距源点电荷很近(r →0)时，则场强→∞，这是没有物理意义的，对此应如何理解?解: 020π4r r q Eε=仅对点电荷成立，当0→r 时，带电体不能再视为点电荷，再用上式求场强是错误的，实际带电体有一定形状大小，考虑电荷在带电体上的分布求出的场强不会是无限大．9.6 在真空中有A ，B 两平行板，相对距离为d ，板面积为S ，其带电量分别为+q 和-q ．则这两板之间有相互作用力f ，有人说f =2024d q πε,又有人说，因为f =qE ,S q E 0ε=，所以f =S q 02ε．试问这两种说法对吗?为什么? f 到底应等于多少?解: 题中的两种说法均不对．第一种说法中把两带电板视为点电荷是不对的，第二种说法把合场强SqE 0ε=看成是一个带电板在另一带电板处的场强也是不对的．正确解答应为一个板的电场为Sq E 02ε=，另一板受它的作用力Sq S qq f 02022εε==，这是两板间相互作用的电场力． 9.7 长l =15.0cmAB 上均匀地分布着线密度λ=5.0x10-9C ·m-1(1)在导线的延长线上与导线B 端相距1a =5.0cm 处P 点的场强；(2)在导线的垂直平分线上与导线中点相距2d =5.0cm 处Q点的场强．解： 如题9.7图所示(1) 在带电直线上取线元x d ，其上电量q d 在P 点产生场强为20)(d π41d x a xE P -=λε 222)(d π4d x a xE E l l P P -==⎰⎰-ελ题9.7图 用15=l cm ，9100.5-⨯=λ1m C -⋅, 5.12=a cm 代入得21074.6⨯=P E 1C N -⋅方向水平向右(2)2220d d π41d +=x xE Q λε 方向如题9.7图所示由于对称性⎰=l QxE 0d ，即Q E只有y 分量，∵ 22222220dd d d π41d ++=x x x E Qyλε以9100.5-⨯=λ1cm C -⋅, 15=l cm ,5d 2=cm 代入得21096.14⨯==Qy Q E E 1C N -⋅，方向沿y 轴正向9.8 一个半径为R 的均匀带电半圆环，电荷线密度为λ,求环心处O 点的场强．解: 如9.8图在圆上取ϕRd dl =题9.8图ϕλλd d d R l q ==，它在O 点产生场强大小为 20π4d d R R E εϕλ=方向沿半径向外 则 ϕϕελϕd sin π4sin d d 0RE E x ==积分R R E x 000π2d sin π4ελϕϕελπ==⎰ ∴ RE E x 0π2ελ==，方向沿x 轴正向．9.9 均匀带电的细线弯成正方形，边长为l ，总电量为q ．(1)求这正方形轴线上离中心为r 处的场强E ；(2)证明：在l r >>处，它相当于点电荷q 产生的场强E解: 如9.9图示，正方形一条边上电荷4q在P 点产生物强P E d 方向如图，大小为∵ 22cos 221l r l +=θ∴ 24π4d 22220l r l l r E P ++=ελP Ed 在垂直于平面上的分量βcos d d P E E =⊥∴ 424π4d 2222220l r rl r l r lE +++=⊥ελ题9.9图由于对称性，P 点场强沿OP 方向，大小为 ∵ lq4=λ ∴ 2)4(π422220l r l r qrE P ++=ε 方向沿9.10 (1)点电荷q 位于一边长为a 的立方体中心，试求在该点电荷电场中穿过立方体的一个面的电通量；(2)如果该场源点电荷移动到该立方体的一个顶点上，这时穿过立方体各面的电通量是多少?解: (1)由高斯定理0d εqS E s ⎰=⋅立方体六个面，当q 在立方体中心时，每个面上电通量相等 ∴ 各面电通量06εqe =Φ． (2)电荷在顶点时，将立方体延伸为边长a 2的立方体，使q 处于边长a 2的立方体中心，则边长a 2的正方形上电通量06εq e =Φ 对于边长a 的正方形，如果它不包含q 所在的顶点，则024εqe =Φ， 如果它包含q 所在顶点则0=Φe ．如题9.10图所示． 题9.10 图9.11 均匀带电球壳内半径6cm ，外半径10cm ，电荷体密度为2×510-C ·m -3求距球心5cm ，8cm ,12cm各点的场强．解: 高斯定理0d ε∑⎰=⋅qS E s,02π4ε∑=q r E当5=r cm 时，0=∑q ,0=E8=r cm 时，∑q 3π4p=3(r )3内r - ∴ ()2023π43π4rr r E ερ内-=41048.3⨯≈1C N -⋅， 方向沿半径向外． 12=r cm 时,3π4∑=ρq -3(外r ）内3r ∴ ()420331010.4π43π4⨯≈-=rr r E ερ内外 1C N -⋅ 沿半径向外. 9.12 半径为1R 和2R (2R ＞1R )的两无限长同轴圆柱面，单位长度上分别带有电量λ和-λ,试求:(1)r ＜1R ；(2) 1R ＜r ＜2R ；(3) r ＞2R 处各点的场强．解: 高斯定理0d ε∑⎰=⋅qS E s取同轴圆柱形高斯面，侧面积rl S π2=则 rl E S E Sπ2d =⋅⎰对(1) 1R r < 0,0==∑E q(2) 21R r R << λl q =∑ ∴ rE 0π2ελ=沿径向向外 (3) 2R r > 0=∑q ∴ 0=E题9.13图9.13 两个无限大的平行平面都均匀带电，电荷的面密度分别为1σ和2σ解: 如题9.13图示，两带电平面均匀带电，电荷面密度分别为1σ与2σ， 两面间， n E)(21210σσε-=1σ面外， n E)(21210σσε+-= 2σ面外， n E)(21210σσε+=n：垂直于两平面由1σ面指为2σ面．9.14 半径为R 的均匀带电球体内的电荷体密度为ρ,若在球内挖去一块半径为r ＜R 的小球体，如题9.14图所示．试求：两球心O 与O '点的场强，并证明小球空腔内的电场是均匀的．解: 将此带电体看作带正电ρ的均匀球与带电ρ-的均匀小球的组合，见题9.14图(a)．(1) ρ+球在O 点产生电场010=E ，ρ-球在O 点产生电场'dπ4π3430320OO r E ερ=∴ O 点电场'd33030OO r E ερ= ；(2) ρ+在O '产生电场'dπ4d 3430301OO E ερπ='ρ-球在O '产生电场002='E∴ O ' 点电场 003ερ='E 'OO 题9.14图(a) 题9.14图(b)(3)设空腔任一点P 相对O '的位矢为r'，相对O 点位矢为r (如题8-13(b)图)则 03ερrE PO =，3ερr E O P '-=' ,∴ 00033)(3ερερερdr r E E E O P PO P=='-=+=' ∴腔内场强是均匀的．9.15 一电偶极子由q =1.0×10-6Cd=0.2cm ，把这电偶极子放在1.0×105N ·C-1解: ∵ 电偶极子p在外场E中受力矩 ∴ qlE pE M ==max 代入数字9.16 两点电荷1q =1.5×10-8C ，2q =3.0×10-8C ，相距1r =42cm ，要把它们之间的距离变为2r =25cm ，需作多少功?解: ⎰⎰==⋅=22210212021π4π4d d r rr r q q r r q q r F A εε)11(21r r - 外力需作的功 61055.6-⨯-=-='A A J题9.17图9.17 如题9.17图所示，在A ，B 两点处放有电量分别为+q ,-q 的点电荷，AB 间距离为2R ，现将另一正试验点电荷0q 从O 点经过半圆弧移到C解: 如题9.17图示∴ Rqq U U q A o C O 00π6)(ε=-= 9.18 如题9.18图所示的绝缘细线上均匀分布着线密度为λ的正电荷,两直导线的长度和半圆环的半径都等于R ．试求环中心O解: (1)由于电荷均匀分布与对称性，AB 和CD 段电荷在O 点产生的场强互相抵消，取θd d R l =则θλd d R q =产生O 点Ed 如图，由于对称性，O 点场强沿y 轴负方向题9.18图R 0π4ελ=［)2sin(π-2sin π-］ (2) AB 电荷在O 点产生电势，以0=∞U 同理CD 产生 2ln π402ελ=U 半圆环产生 0034π4πελελ==R R U ∴ 0032142ln π2ελελ+=++=U U U U O 9.19 一电子绕一带均匀电荷的长直导线以2×104m ·s -1的匀速率作圆周运动．求带电直线上的线电荷密度．(电子质量0m =9.1×10-31kg ，电子电量e =1.60×10-19C)解: 设均匀带电直线电荷密度为λ，在电子轨道处场强 电子受力大小 re eE F e 0π2ελ== ∴ rv m r e 20π2=ελ得 1320105.12π2-⨯==emv ελ1m C -⋅9.20 空气可以承受的场强的最大值为E =30kV ·cm -1，超过这个数值时空气要发生火花放电．今有一高压平行板电容器，极板间距离为d =0.5cm解: 平行板电容器内部近似为均匀电场9.21 证明：对于两个无限大的平行平面带电导体板(题9.21图)来说，(1)相向的两面上，电荷的面密度总是大小相等而符号相反；(2)证: 如题9.21图所示，设两导体A 、B 的四个平面均匀带电的电荷面密度依次为1σ，2σ，3σ，4σ题9.21图(1)则取与平面垂直且底面分别在A 、B 内部的闭合柱面为高斯面时，有 ∴ +2σ03=σ 说明相向两面上电荷面密度大小相等、符号相反；(2)在A 内部任取一点P ，则其场强为零，并且它是由四个均匀带电平面产生的场强叠加而成的，即 又∵ +2σ03=σ ∴ 1σ4σ=说明相背两面上电荷面密度总是大小相等，符号相同．9.22 三个平行金属板A ，B 和C 的面积都是200cm 2，A 和B 相距4.0mm ，A 与C 相距2.0 mm ．B ，C 都接地，如题9.22图所示．如果使A 板带正电3.0×10-7C ，略去边缘效应，问B 板和C 板上的感应电荷各是多少?以地的电势为零，则A 板的电势是多少?解: 如题9.22图示，令A 板左侧面电荷面密度为1σ，右侧面电荷面密度为2σ题9.22图(1)∵ AB AC U U =，即∴ AB AB AC AC E E d d = ∴2d d 21===ACABAB AC E E σσ 且 1σ+2σSq A= 得 ,32S q A =σ Sq A 321=σ 而 7110232-⨯-=-=-=A C q S q σCC10172-⨯-=-=S q B σ(2) 301103.2d d ⨯===AC AC AC A E U εσV 9.23两个半径分别为1R 和2R （1R ＜2R )的同心薄金属球壳，现给内球壳带电+q ，试计算：(1)外球壳(2)*(3)解: (1)内球带电q +；球壳内表面带电则为q -,外表面带电为q +，且均匀分布，其电势⎰⎰∞∞==⋅=22020π4π4d d RR Rqr r q r E U εε 题9.23图(2)外壳接地时，外表面电荷q +入地，外表面不带电，内表面电荷仍为q -．所以球壳电势由内球q +与内表面q -产生：(3)设此时内球壳带电量为q '；则外壳内表面带电量为q '-，外壳外表面带电量为+-q q ' (电荷守恒)，此时内球壳电势为零，且 得 q R R q 21=' 外球壳上电势9.24 半径为R 的金属球离地面很远，并用导线与地相联，在与球心相距为R d 3=处有一点电荷+q ，试求：金属球上的感应电荷的电量．解: 如题9.24图所示，设金属球感应电荷为q '，则球接地时电势0=O U题9.24图由电势叠加原理有：得 -='q 3q 9.25 有三个大小相同的金属小球，小球1，2带有等量同号电荷，相距甚远，其间的库仑力为0F ．试求：(1)用带绝缘柄的不带电小球3先后分别接触1，2后移去，小球1，2之间的库仑力； (2)小球3依次交替接触小球1，2很多次后移去，小球1，2解: 由题意知 2020π4r q F ε=(1)小球3接触小球1后，小球3和小球1均带电2q q =', 小球3再与小球2接触后，小球2与小球3均带电 ∴ 此时小球1与小球2间相互作用力(2)小球3依次交替接触小球1、2很多次后，每个小球带电量均为32q . ∴ 小球1、2间的作用力00294π432322F r q q F ==ε 9.26 在半径为1R 的金属球之外包有一层外半径为2R 的均匀电介质球壳，介质相对介电常数为r ε，金属球带电Q ．试求： (1)电介质内、外的场强； (2)电介质层内、外的电势； (3)金属球的电势．解: 利用有介质时的高斯定理∑⎰=⋅q S D Sd(1)介质内)(21R r R <<场强303π4,π4r rQ E r r Q D r εε ==内; 介质外)(2R r <场强 (2)介质外)(2R r >电势介质内)(21R r R <<电势(3)金属球的电势9.27 如题9.27图所示，在平行板电容器的一半容积内充入相对介电常数为r ε的电介质．试求：在有电介质部分和无电介质部分极板上自由电荷面密度的比值．解: 如题9.27图所示，充满电介质部分场强为2E ，真空部分场强为1E，自由电荷面密度分别为2σ与1σ 由∑⎰=⋅0d q S D得11σ=D ，22σ=D而 101E D ε=,202E D r εε= ∴r r E E εεεεσσ==102012 题9.27图 题9.28图9.28 两个同轴的圆柱面，长度均为l ，半径分别为1R 和2R (2R ＞1R )，且l >>2R -1R ，两柱面之间充有介电常数ε的均匀电介质.当两圆柱面分别带等量异号电荷Q 和-Q 时，求：(1)在半径r 处(1R ＜r ＜2R ＝，厚度为dr ，长为l 的圆柱薄壳中任一点的电场能量密度和整个薄壳中的电场能量；(2)电介质中的总电场能量； (3)圆柱形电容器的电容．解: 取半径为r 的同轴圆柱面)(S则 rlD S D S π2d )(=⋅⎰当)(21R r R <<时，Q q =∑∴ rlQD π2=(1)电场能量密度 22222π82l r Q D w εε==薄壳中 rlrQ rl r l r Q w W εευπ4d d π2π8d d 22222===(2)电介质中总电场能量(3)电容：∵ CQ W 22=∴ )/ln(π22122R R lW Q C ε== 题9.29图9.29 如题9.29 图所示，1C =0.25μF ，2C =0.15μF ，3C =0.20μF ．1C 上电压为50V ．求：AB U ．解: 电容1C 上电量电容2C 与3C 并联3223C C C += 其上电荷123Q Q =∴ 355025231123232⨯===C U C C Q U 9.30 1C 和2C 两电容器分别标明“200 pF 、500 V ”和“300 pF 、900 V ”，把它们串联起来后等值电容是多少?如果两端加上1000 V?解: (1) 1C 与2C 串联后电容 (2)串联后电压比231221==C C U U ，而100021=+U U ∴ 6001=U V ,4002=U V即电容1C 电压超过耐压值会击穿，然后2C 也击穿．9.31半径为1R =2.0cm 的导体球，外套有一同心的导体球壳，壳的内、外半径分别为2R =4.0cm 和3R =5.0cm ，当内球带电荷Q =3.0×10-8C(1)整个电场储存的能量；(2)如果将导体壳接地，计算储存的能量； (3)此电容器的电容值．解: 如图，内球带电Q ，外球壳内表面带电Q -，外表面带电Q题9.31图(1)在1R r <和32R r R <<区域在21R r R <<时 301π4r rQ E ε=3R r >时 302π4rrQ E ε=∴在21R r R <<区域 在3R r >区域∴ 总能量 )111(π83210221R R R Q W W W +-=+=ε(2)导体壳接地时，只有21R r R <<时30π4r rQ E ε=,02=W ∴ 4210211001.1)11(π8-⨯=-==R R Q W W ε J(3)电容器电容 )11/(π422102R R Q W C -==ε。
医用物理习题
第8章 振动与波
(含声和超声)
2-1、某波在空气中的波速为344m·s-1，波长为 0.671m,当它传入水中时,波长变为2.83m,求它在水 中的传播速度?
y
2-2、已知平面波的波动方程为
0.02
截面时,克服粘滞力所作的功是多少?
3-15、如图，牛顿粘性液体沿等粗水平管流动时压 力沿管路降低的情况，已知h=23cm，h1=15cm， h2=10cm，h3=5cm，a=10cm，求液体流动的平 均速度？
h
h1 h2 h3
a a aa 3-16、液体中有一空气泡，泡的直径为1mm，液体 的粘度为0.15Pa·s，密度为0.9×103kg·m-3，问（1） 空气泡在该液体中上升的收尾速度是多少？（2）若
6-14，正三角形的边长为0.6m，在三顶点分别放上点 电荷 q1 1.0 106 C, q2 2.0 106 C, q3 3.0 106 C, 今将一电子自A点沿圆弧移到B点需作多少功？A、B 分别为三角形两边的中点（如图所示）。
6-15，如图，AB=2L，OCD是以B为中心L为半径的 半圆。A点有正电荷+q，B点有电荷-q。（1）把单 位正电荷从O点沿OCD移到D点，电场力对它作了多 少功？（2）把单位负电荷从D点沿AB的延长线移到 无穷远处，电场力对它作了多少功？
7 8.如图,已知R1 R2 4.0, R3 R4 R5 8.0,
1 2.0V ,2 10.0V ,求I1, I2和Uab
7 9.如图,已知1 1.5V ,2 1.0V , R1 50.0, R2 80.0,
6-6、如图,将一根细玻璃棒弯曲成半径为R,圆心角 2π/3的圆弧,其上均匀地分布着+q的电荷,求圆弧的 圆心O点处的埸强和电势.
大学物理学课后答案第3版下册北京邮电大学出版社.pdf
大学物理习题及解答习题八8-1 电量都是q 的三个点电荷，分别放在正三角形的三个顶点．试问：(1)在这三角形的中心放一个什么样的电荷，就可以使这四个电荷都达到平衡(即每个电荷受其他三个电荷的库仑力之和都为零)?(2)这种平衡与三角形的边长有无关系? 解: 如题8-1图示(1) 以A 处点电荷为研究对象，由力平衡知：q '为负电荷20220)33(π4130cos π412a q q a q '=︒εε解得q q 33−='(2)与三角形边长无关．题8-1图题8-2图8-2 两小球的质量都是m ，都用长为l 的细绳挂在同一点，它们带有相同电量，静止时两线夹角为2θ,如题8-2图所示．设小球的半径和线的质量都可以忽略不计，求每个小球所带的电量． 解: 如题8-2图示⎪⎩⎪⎨⎧===220)sin 2(π41sin cos θεθθl q F T mg T e解得θπεθtan 4sin 20mg l q =8-3 根据点电荷场强公式204r qE πε=，当被考察的场点距源点电荷很近(r→0)时，则场强→∞，这是没有物理意义的，对此应如何理解?解:20π4r r q E ε=仅对点电荷成立，当0→r 时，带电体不能再视为点电荷，再用上式求场强是错误的，实际带电体有一定形状大小，考虑电荷在带电体上的分布求出的场强不会是无限大．8-4 在真空中有A ，B 两平行板，相对距离为d ，板面积为S ，其带电量分别为+q 和-q ．则这两板之间有相互作用力f ，有人说f =2024d q πε,又有人说，因为f =qE ,S qE 0ε=，所以f =S q 02ε．试问这两种说法对吗?为什么? f 到底应等于多少? 解: 题中的两种说法均不对．第一种说法中把两带电板视为点电荷是不对的，第二种说法把合场强S qE 0ε=看成是一个带电板在另一带电板处的场强也是不对的．正确解答应为一个板的电场为S qE 02ε=，另一板受它的作用力S q S q q f 02022εε==，这是两板间相互作用的电场力．8-5 一电偶极子的电矩为l q p =，场点到偶极子中心O 点的距离为r ,矢量r 与l 的夹角为θ,(见题8-5图)，且l r >>．试证P 点的场强E 在r 方向上的分量r E 和垂直于r 的分量θE 分别为r E =302cos r p πεθ, θE =304sin r p πεθ证: 如题8-5所示，将p 分解为与r 平行的分量θsin p 和垂直于r 的分量θsin p ．∵ l r >> ∴ 场点P 在r 方向场强分量30π2cos r p E r εθ=垂直于r 方向，即θ方向场强分量300π4sin r p E εθ=题8-5图 题8-6图8-6 长l =15.0cm 的直导线AB 上均匀地分布着线密度λ=5.0x10-9C·m -1的正电荷．试求：(1)在导线的延长线上与导线B 端相距1a =5.0cm 处P 点的场强；(2)在导线的垂直平分线上与导线中点相距2d =5.0cm 处Q 点的场强． 解： 如题8-6图所示(1)在带电直线上取线元x d ，其上电量q d 在P 点产生场强为20)(d π41d x a x E P −=λε2220)(d π4d x a xE E llP P −==⎰⎰−ελ]2121[π40l a l a +−−=ελ)4(π220l a l−=ελ用15=l cm ，9100.5−⨯=λ1m C −⋅, 5.12=a cm 代入得21074.6⨯=P E 1C N −⋅ 方向水平向右 (2)同理2220d d π41d +=x xE Q λε 方向如题8-6图所示 由于对称性⎰=l QxE 0d ，即Q E只有y 分量，∵22222220d d d d π41d ++=x x x E Qy λε22π4d d ελ⎰==lQyQy E E ⎰−+2223222)d (d l l x x2220d 4π2+=l lελ以9100.5−⨯=λ1cm C −⋅, 15=l cm ,5d 2=cm 代入得21096.14⨯==Qy Q E E 1C N −⋅，方向沿y 轴正向8-7 一个半径为R 的均匀带电半圆环，电荷线密度为λ,求环心处O 点的场强． 解: 如8-7图在圆上取ϕRd dl =题8-7图ϕλλd d d R l q ==，它在O 点产生场强大小为20π4d d R R E εϕλ=方向沿半径向外则 ϕϕελϕd sin π4sin d d 0R E E x ==ϕϕελϕπd cos π4)cos(d d 0R E E y −=−=积分R R E x 000π2d sin π4ελϕϕελπ==⎰0d cos π400=−=⎰ϕϕελπR E y∴R E E x 0π2ελ==，方向沿x 轴正向．8-8 均匀带电的细线弯成正方形，边长为l ，总电量为q ．(1)求这正方形轴线上离中心为r 处的场强E ；(2)证明：在l r >>处，它相当于点电荷q 产生的场强E ．解: 如8-8图示，正方形一条边上电荷4q 在P 点产生物强P Ed 方向如图，大小为()4π4cos cos d 22021l r E P +−=εθθλ ∵22cos 221l r l +=θ 12cos cos θθ−= ∴24π4d 22220l r ll r E P ++=ελ P Ed 在垂直于平面上的分量βcos d d P E E =⊥∴424π4d 222222l r r l r l r lE +++=⊥ελ题8-8图由于对称性，P 点场强沿OP 方向，大小为2)4(π44d 422220l r l r lrE E P ++=⨯=⊥ελ ∵l q 4=λ∴2)4(π422220l r l r qrE P ++=ε 方向沿OP 8-9 (1)点电荷q 位于一边长为a 的立方体中心，试求在该点电荷电场中穿过立方体的一个面的电通量；(2)如果该场源点电荷移动到该立方体的一个顶点上，这时穿过立方体各面的电通量是多少?*(3)如题8-9(3)图所示，在点电荷q 的电场中取半径为R 的圆平面．q 在该平面轴线上的A 点处，求：通过圆平面的电通量．(x Rarctan=α)解: (1)由高斯定理0d εq S E s⎰=⋅ 立方体六个面，当q 在立方体中心时，每个面上电通量相等∴ 各面电通量06εqe =Φ．(2)电荷在顶点时，将立方体延伸为边长a 2的立方体，使q 处于边长a 2的立方体中心，则边长a 2的正方形上电通量06εq e =Φ对于边长a 的正方形，如果它不包含q 所在的顶点，则024εqe =Φ，如果它包含q 所在顶点则=Φe ．如题8-9(a)图所示．题8-9(3)图题8-9(a)图 题8-9(b)图 题8-9(c)图(3)∵通过半径为R 的圆平面的电通量等于通过半径为22x R +的球冠面的电通量，球冠面积*]1)[(π22222xR x x R S +−+=∴)(π42200x R Sq +=Φε02εq=[221x R x +−] *关于球冠面积的计算：见题8-9(c)图ααα⎰⋅=0d sin π2r r S ααα⎰⋅=02d sin π2r)cos 1(π22α−=r8-10 均匀带电球壳内半径6cm ，外半径10cm ，电荷体密度为2×510−C·m -3求距球心5cm ，8cm ,12cm 各点的场强．解: 高斯定理,02π4ε∑=q r E当5=r cm 时，0=∑q ,0=E8=r cm 时，∑q 3π4p =3(r )3内r −∴()2023π43π4r r r E ερ内−=41048.3⨯≈1C N −⋅， 方向沿半径向外． 12=r cm 时,3π4∑=ρq −3(外r ）内3r∴ ()420331010.4π43π4⨯≈−=r r r E ερ内外 1C N −⋅ 沿半径向外.8-11 半径为1R 和2R (2R ＞1R )的两无限长同轴圆柱面，单位长度上分别带有电量λ和-λ,试求:(1)r ＜1R ；(2) 1R ＜r ＜2R ；(3) r ＞2R 处各点的场强． 解: 高斯定理0d ε∑⎰=⋅q S E s取同轴圆柱形高斯面，侧面积rl S π2=则rlE S E Sπ2d =⋅⎰对(1) 1R r < 0,0==∑E q(2) 21R r R <<λl q =∑∴r E 0π2ελ=沿径向向外(3) 2R r >=∑q∴ 0=E题8-12图8-12 两个无限大的平行平面都均匀带电，电荷的面密度分别为1σ和2σ，试求空间各处场强．解: 如题8-12图示，两带电平面均匀带电，电荷面密度分别为1σ与2σ，d ε ∑⎰= ⋅ q S E s两面间， nE )(21210σσε−=1σ面外， nE )(21210σσε+−= 2σ面外， nE )(21210σσε+=n：垂直于两平面由1σ面指为2σ面．8-13 半径为R 的均匀带电球体内的电荷体密度为ρ,若在球内挖去一块半径为r ＜R 的小球体，如题8-13图所示．试求：两球心O 与O '点的场强，并证明小球空腔内的电场是均匀的．解: 将此带电体看作带正电ρ的均匀球与带电ρ−的均匀小球的组合，见题8-13图(a)．(1) ρ+球在O 点产生电场10=E，ρ− 球在O 点产生电场'd π4π3430320OO r E ερ=∴ O 点电场'd 33030OO r E ερ= ；(2) ρ+在O '产生电场'd π4d 3430301OO E ερπ=' ρ−球在O '产生电场002='E∴ O ' 点电场003ερ='E 'OO题8-13图(a) 题8-13图(b)(3)设空腔任一点P 相对O '的位矢为r '，相对O 点位矢为r(如题8-13(b)图)则03ερrE PO =，03ερr E O P '−=' ,∴0003'3)(3ερερερd OO r r E E E O P PO P=='−=+='∴腔内场强是均匀的．8-14 一电偶极子由q =1.0×10-6C 的两个异号点电荷组成，两电荷距离d=0.2cm ，把这电偶极子放在1.0×105N·C -1的外电场中，求外电场作用于电偶极子上的最大力矩．解: ∵ 电偶极子p 在外场E中受力矩E p M ⨯= ∴qlEpE M ==m ax 代入数字4536max 100.2100.1102100.1−−−⨯=⨯⨯⨯⨯⨯=M m N ⋅8-15 两点电荷1q =1.5×10-8C ，2q =3.0×10-8C ，相距1r =42cm ，要把它们之间的距离变为2r =25cm ，需作多少功? 解:⎰⎰==⋅=22210212021π4π4d d r r r r q q r rq q r F A εε )11(21r r −61055.6−⨯−=J外力需作的功 61055.6−⨯−=−='A A J题8-16图8-16 如题8-16图所示，在A ，B 两点处放有电量分别为+q ,-q 的点电荷，AB 间距离为2R ，现将另一正试验点电荷0q 从O 点经过半圆弧移到C 点，求移动过程中电场力作的功．解: 如题8-16图示0π41ε=O U 0)(=−R qR q 0π41ε=O U )3(R q R q −R q 0π6ε−=∴R qq U U q A oC O 00π6)(ε=−=8-17 如题8-17图所示的绝缘细线上均匀分布着线密度为λ的正电荷,两直导线的长度和半圆环的半径都等于R ．试求环中心O 点处的场强和电势．解: (1)由于电荷均匀分布与对称性，AB 和CD 段电荷在O 点产生的场强互相抵消，取θd d R l =则θλd d R q =产生O 点Ed 如图，由于对称性，O 点场强沿y 轴负方向题8-17图θεθλππcos π4d d 2220⎰⎰−==R R E E yR 0π4ελ=［)2sin(π−2sinπ−］R 0π2ελ−=(2) AB 电荷在O 点产生电势，以0=∞U⎰⎰===A B 200012ln π4π4d π4d R R x x x x U ελελελ同理CD 产生 2ln π402ελ=U半圆环产生0034π4πελελ==R R U∴0032142ln π2ελελ+=++=U U U U O8-18 一电子绕一带均匀电荷的长直导线以2×104m·s -1的匀速率作圆周运动．求带电直线上的线电荷密度．(电子质量m =9.1×10-31kg ，电子电量e =1.60×10-19C)解: 设均匀带电直线电荷密度为λ，在电子轨道处场强r E 0π2ελ=电子受力大小r e eE F e 0π2ελ==∴r v m r e 20π2=ελ得1320105.12π2−⨯==e mv ελ1m C −⋅ 8-19 空气可以承受的场强的最大值为E =30kV·cm -1，超过这个数值时空气要发生火花放电．今有一高压平行板电容器，极板间距离为d =0.5cm ，求此电容器可承受的最高电压．解: 平行板电容器内部近似为均匀电场∴ 4105.1d ⨯==E U V8-20 根据场强E与电势U 的关系U E −∇= ，求下列电场的场强：(1)点电荷q 的电场；(2)总电量为q ，半径为R 的均匀带电圆环轴上一点；*(3)偶极子ql p =的l r >>处(见题8-20图)．解: (1)点电荷r qU 0π4ε=题 8-20 图∴ 0200π4r r q r r U E ε=∂∂−= 0r 为r 方向单位矢量．(2)总电量q ，半径为R 的均匀带电圆环轴上一点电势220π4x R qU +=ε∴ ()ix R qx i x U E 2/3220π4+=∂∂−=ε(3)偶极子l q p=在l r >>处的一点电势200π4cos ])cos 21(1)cos 2(1[π4r ql l l r q U εθθθε=+−−=∴ 30π2cos r p r U E r εθ=∂∂−=30π4sin 1r p U r E εθθθ=∂∂−=8-21 证明：对于两个无限大的平行平面带电导体板(题8-21图)来说，(1)相向的两面上，电荷的面密度总是大小相等而符号相反；(2)相背的两面上，电荷的面密度总是大小相等而符号相同．证: 如题8-21图所示，设两导体A 、B 的四个平面均匀带电的电荷面密度依次为1σ，2σ，3σ，4σ题8-21图(1)则取与平面垂直且底面分别在A 、B 内部的闭合柱面为高斯面时，有)(d 32=∆+=⋅⎰S S E sσσ∴ +2σ03=σ 说明相向两面上电荷面密度大小相等、符号相反；(2)在A 内部任取一点P ，则其场强为零，并且它是由四个均匀带电平面产生的场强叠加而成的，即0222204030201=−−−εσεσεσεσ又∵ +2σ03=σ∴ 1σ4σ=说明相背两面上电荷面密度总是大小相等，符号相同．8-22 三个平行金属板A ，B 和C 的面积都是200cm 2，A 和B 相距4.0mm ，A 与C 相距2.0 mm ．B ，C 都接地，如题8-22图所示．如果使A 板带正电3.0×10-7C ，略去边缘效应，问B 板和C 板上的感应电荷各是多少?以地的电势为零，则A 板的电势是多少? 解: 如题8-22图示，令A 板左侧面电荷面密度为1σ，右侧面电荷面密度为2σ题8-22图(1)∵ ABAC U U =，即∴ABAB AC AC E E d d =∴ 2d d 21===AC ABAB AC E E σσ且 1σ+2σS q A=得,32S q A =σ S q A321=σ 而7110232−⨯−=−=−=A C q S q σC C10172−⨯−=−=S q B σ(2)301103.2d d ⨯===AC AC AC A E U εσV8-23 两个半径分别为1R 和2R （1R ＜2R )的同心薄金属球壳，现给内球壳带电+q ，试计算：(1)外球壳上的电荷分布及电势大小；(2)先把外球壳接地，然后断开接地线重新绝缘，此时外球壳的电荷分布及电势； *(3)再使内球壳接地，此时内球壳上的电荷以及外球壳上的电势的改变量．解: (1)内球带电q +；球壳内表面带电则为q −,外表面带电为q +，且均匀分布，其电势题8-23图⎰⎰∞∞==⋅=22020π4π4d d R R R qr r q r E U εε (2)外壳接地时，外表面电荷q +入地，外表面不带电，内表面电荷仍为q −．所以球壳电势由内球q +与内表面q −产生：π4π42020=−=R qR qU εε(3)设此时内球壳带电量为q '；则外壳内表面带电量为q '−，外壳外表面带电量为+−q q '(电荷守恒)，此时内球壳电势为零，且π4'π4'π4'202010=+−+−=R q q R q R q U A εεε得 q R R q 21='外球壳上电势()22021202020π4π4'π4'π4'R qR R R q q R q R q U B εεεε−=+−+−=8-24 半径为R 的金属球离地面很远，并用导线与地相联，在与球心相距为R d 3=处有一点电荷+q ，试求：金属球上的感应电荷的电量．解: 如题8-24图所示，设金属球感应电荷为q '，则球接地时电势=O U8-24图由电势叠加原理有：=O U 03π4π4'00=+RqR q εε得 −='q 3q8-25 有三个大小相同的金属小球，小球1，2带有等量同号电荷，相距甚远，其间的库仑力为0F．试求：(1)用带绝缘柄的不带电小球3先后分别接触1，2后移去，小球1，2之间的库仑力； (2)小球3依次交替接触小球1，2很多次后移去，小球1，2之间的库仑力．解: 由题意知2020π4r q F ε=(1)小球3接触小球1后，小球3和小球1均带电2q q =',小球3再与小球2接触后，小球2与小球3均带电qq 43=''∴ 此时小球1与小球2间相互作用力0220183π483π4"'2F rqr q q F =−=εε (2)小球3依次交替接触小球1、2很多次后，每个小球带电量均为32q.∴ 小球1、2间的作用力00294π432322F r q q F ==ε*8-26 如题8-26图所示，一平行板电容器两极板面积都是S ，相距为d ，分别维持电势A U =U ，B U =0不变．现把一块带有电量q 的导体薄片平行地放在两极板正中间，片的面积也是S ，片的厚度略去不计．求导体薄片的电势．解: 依次设A ,C ,B 从上到下的6个表面的面电荷密度分别为1σ，2σ，3σ，4σ,5σ,6σ如图所示．由静电平衡条件，电荷守恒定律及维持U U AB =可得以下6个方程题8-26图⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧++++==+=+−==+=+===+6543215432065430021001σσσσσσσσσσεσσσσεσσd US q S qdU U C S S q B A解得S q261==σσ S qd U 2032−=−=εσσ S qd U 2054+=−=εσσ所以CB 间电场S q d U E 00422εεσ+==)2d (212d 02S q U E U U CB C ε+===注意：因为C 片带电，所以2U U C ≠，若C 片不带电，显然2UU C =8-27 在半径为1R 的金属球之外包有一层外半径为2R 的均匀电介质球壳，介质相对介电常数为r ε，金属球带电Q ．试求： (1)电介质内、外的场强； (2)电介质层内、外的电势； (3)金属球的电势． 解: 利用有介质时的高斯定理∑⎰=⋅qS D Sd(1)介质内)(21R r R <<场强303π4,π4r rQ E r r Q D r εε ==内;介质外)(2R r <场强303π4,π4r r Q E r Qr D ε ==外(2)介质外)(2R r >电势r Q E U 0rπ4r d ε=⋅=⎰∞ 外介质内)(21R r R <<电势2020π4)11(π4R Q R r qr εεε+−=)11(π420R r Q r r −+=εεε(3)金属球的电势rd r d 221⋅+⋅=⎰⎰∞R R R E E U 外内⎰⎰∞+=222020π44πdrR R R r r Qdrr Q εεε )11(π4210R R Q r r −+=εεε8-28 如题8-28图所示，在平行板电容器的一半容积内充入相对介电常数为r ε的电介质．试求：在有电介质部分和无电介质部分极板上自由电荷面密度的比值． 解: 如题8-28图所示，充满电介质部分场强为2E ，真空部分场强为1E，自由电荷面密度分别为2σ与1σ由∑⎰=⋅0d q S D 得11σ=D ，22σ=D而101E D ε=,202E D r εε=d 21UE E ==∴ r D D εσσ==1212题8-28图 题8-29图rd r d ⋅+⋅=⎰⎰∞∞rrE E U 外内8-29 两个同轴的圆柱面，长度均为l ，半径分别为1R 和2R (2R ＞1R )，且l >>2R -1R ，两柱面之间充有介电常数ε的均匀电介质.当两圆柱面分别带等量异号电荷Q 和-Q 时，求：(1)在半径r 处(1R ＜r ＜2R ＝，厚度为dr ，长为l 的圆柱薄壳中任一点的电场能量密度和整个薄壳中的电场能量； (2)电介质中的总电场能量； (3)圆柱形电容器的电容． 解: 取半径为r 的同轴圆柱面)(S 则 rlDS D S π2d )(=⋅⎰当)(21R r R <<时，Q q =∑∴rl QD π2=(1)电场能量密度22222π82l r Q D w εε== 薄壳中rl rQ rl r l r Q w W εευπ4d d π2π8d d 22222=== (2)电介质中总电场能量⎰⎰===211222ln π4π4d d R R V R R l Q rl r Q W W εε(3)电容：∵C Q W 22=∴)/ln(π22122R R lW Q C ε==*8-30 金属球壳A 和B 的中心相距为r ，A 和B 原来都不带电．现在A 的中心放一点电荷1q ，在B 的中心放一点电荷2q ，如题8-30图所示．试求：(1) 1q 对2q 作用的库仑力，2q 有无加速度；(2)去掉金属壳B ，求1q 作用在2q 上的库仑力，此时2q 有无加速度． 解: (1)1q 作用在2q 的库仑力仍满足库仑定律，即2210π41r q q F ε=但2q 处于金属球壳中心，它受合力为零，没有加速度． (2)去掉金属壳B ，1q 作用在2q 上的库仑力仍是2210π41r q q F ε=，但此时2q 受合力不为零，有加速度．题8-30图 题8-31图8-31 如题8-31图所示，1C =0.25μF ，2C =0.15μF ，3C =0.20μF ．1C 上电压为50V ．求：AB U ． 解: 电容1C 上电量111U C Q =电容2C 与3C 并联3223C C C +=其上电荷123Q Q =∴355025231123232⨯===C U C C Q U86)35251(5021=+=+=U U U AB V8-32 1C 和2C 两电容器分别标明“200 pF、500 V”和“300 pF、900 V”，把它们串联起来后等值电容是多少?如果两端加上1000 V 的电压，是否会击穿? 解: (1) 1C 与2C 串联后电容1203002003002002121=+⨯=+='C C C C C pF(2)串联后电压比231221==C C U U ，而100021=+U U∴ 6001=U V ,4002=U V即电容1C 电压超过耐压值会击穿，然后2C 也击穿．8-33 将两个电容器1C 和2C 充电到相等的电压U 以后切断电源，再将每一电容器的正极板与另一电容器的负极板相联．试求： (1)每个电容器的最终电荷； (2)电场能量的损失．解: 如题8-33图所示，设联接后两电容器带电分别为1q ,2q题8-33图则⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧==−=−=+2122112121201021U U U C U C q q U C U C q q q q解得 (1) =1q UC C C C C q U C C C C C 21212221211)(,)(+−=+−(2)电场能量损失WW W −=∆0)22()2121(2221212221C q C q U C U C +−+=221212UC C C C +=8-34 半径为1R =2.0cm 的导体球，外套有一同心的导体球壳，壳的内、外半径分别为2R =4.0cm 和3R =5.0cm ，当内球带电荷Q =3.0×10-8C 时，求：(1)整个电场储存的能量；(2)如果将导体壳接地，计算储存的能量； (3)此电容器的电容值．解: 如图，内球带电Q ，外球壳内表面带电Q −，外表面带电Q题8-34图(1)在1R r <和32R r R <<区域0=E在21R r R <<时 301π4r rQ E ε =3R r >时 302π4r rQ E ε =∴在21R r R <<区域⎰=21d π4)π4(21222001R R r r r Q W εε ⎰−==21)11(π8π8d 2102202R R R R Q rr Q εε 在3R r >区域⎰∞==32302220021π8d π4)π4(21R R Q r r r Q W εεε ∴ 总能量)111(π83210221R R R Q W W W +−=+=ε41082.1−⨯=J(2)导体壳接地时，只有21R r R <<时30π4r rQ E ε =,02=W∴ 4210211001.1)11(π8−⨯=−==R R Q W W ε J(3)电容器电容)11/(π422102R R Q W C −==ε121049.4−⨯=F习题九9-1 在同一磁感应线上，各点B 的数值是否都相等?为何不把作用于运动电荷的磁力方向定义为磁感应强度B的方向?解: 在同一磁感应线上，各点B的数值一般不相等．因为磁场作用于运动电荷的磁力方向不仅与磁感应强度B的方向有关，而且与电荷速度方向有关，即磁力方向并不是唯一由磁场决定的，所以不把磁力方向定义为B 的方向．题9-2图9-2 (1)在没有电流的空间区域里，如果磁感应线是平行直线，磁感应强度B 的大小在沿磁感应线和垂直它的方向上是否可能变化(即磁场是否一定是均匀的)?(2)若存在电流，上述结论是否还对?解: (1)不可能变化，即磁场一定是均匀的．如图作闭合回路abcd 可证明21B B = ∑⎰==−=⋅0d 021I bc B da B l B abcdμ∴ 21B B= (2)若存在电流，上述结论不对．如无限大均匀带电平面两侧之磁力线是平行直线，但B 方向相反，即21B B≠.9-3 用安培环路定理能否求有限长一段载流直导线周围的磁场?答: 不能，因为有限长载流直导线周围磁场虽然有轴对称性，但不是稳恒电流，安培环路定理并不适用．9-4 在载流长螺线管的情况下，我们导出其内部nIB 0μ=，外面B =0，所以在载流螺线管外面环绕一周(见题9-4图)的环路积分⎰外B L ·d l =0但从安培环路定理来看，环路L 中有电流I 穿过，环路积分应为 ⎰外B L ·d l=I 0μ这是为什么? 解: 我们导出nl B 0μ=内,=外B 有一个假设的前提，即每匝电流均垂直于螺线管轴线．这时图中环路L 上就一定没有电流通过，即也是⎰∑==⋅LI l B 0d 0μ外，与⎰⎰=⋅=⋅Ll l B 0d 0d外是不矛盾的．但这是导线横截面积为零，螺距为零的理想模型．实际上以上假设并不真实存在，所以使得穿过L 的电流为I ，因此实际螺线管若是无限长时，只是外B 的轴向分量为零，而垂直于轴的圆周方向分量r IB πμ20=⊥,r 为管外一点到螺线管轴的距离．题 9 - 4 图9-5 如果一个电子在通过空间某一区域时不偏转，能否肯定这个区域中没有磁场?如果它发生偏转能否肯定那个区域中存在着磁场?解：如果一个电子在通过空间某一区域时不偏转，不能肯定这个区域中没有磁场，也可能存在互相垂直的电场和磁场，电子受的电场力与磁场力抵消所致．如果它发生偏转也不能肯定那个区域存在着磁场，因为仅有电场也可以使电子偏转． 9-6 已知磁感应强度0.2=B Wb·m-2的均匀磁场，方向沿x 轴正方向，如题9-6图所示．试求：(1)通过图中abcd 面的磁通量；(2)通过图中befc 面的磁通量；(3)通过图中aefd 面的磁通量．解： 如题9-6图所示题9-6图(1)通过abcd 面积1S 的磁通是 24.04.03.00.211=⨯⨯=⋅=S BΦWb(2)通过befc 面积2S 的磁通量 022=⋅=S BΦ(3)通过aefd 面积3S 的磁通量24.0545.03.02cos 5.03.0233=⨯⨯⨯=θ⨯⨯⨯=⋅=S B ΦWb (或曰24.0−Wb ) 题9-7图9-7 如题9-7图所示，AB 、CD 为长直导线，C B为圆心在O 点的一段圆弧形导线，其半径为R ．若通以电流I ，求O 点的磁感应强度．解：如题9-7图所示，O 点磁场由AB 、C B、CD 三部分电流产生．其中AB 产生 01=BCD 产生R I B 1202μ=，方向垂直向里CD 段产生)231(2)60sin 90(sin 24003−πμ=−πμ=︒︒R I R I B ，方向⊥向里∴)6231(203210ππμ+−=++=R I B B B B ，方向⊥向里． 9-8 在真空中，有两根互相平行的无限长直导线1L 和2L ，相距0.1m ，通有方向相反的电流，1I =20A,2I =10A ，如题9-8图所示．A ，B 两点与导线在同一平面内．这两点与导线2L 的距离均为5.0cm ．试求A ，B 两点处的磁感应强度，以及磁感应强度为零的点的位置．题9-8图解：如题9-8图所示,A B方向垂直纸面向里42010102.105.02)05.01.0(2−⨯=⨯+−=πμπμI I B A T(2)设0=B 在2L 外侧距离2L 为r 处则 02)1.0(220=−+r I r Iπμπμ解得 1.0=r m题9-9图9-9 如题9-9图所示，两根导线沿半径方向引向铁环上的A ，B 两点，并在很远处与电源相连．已知圆环的粗细均匀，求环中心O 的磁感应强度．解： 如题9-9图所示，圆心O 点磁场由直电流∞A 和∞B 及两段圆弧上电流1I 与2I 所产生，但∞A 和∞B 在O 点产生的磁场为零。
2022年大学工程力学专业《大学物理(上册)》期末考试试卷 含答案
2022年大学工程力学专业《大学物理（上册）》期末考试试卷含答案姓名：______ 班级：______ 学号：______考试须知：1、考试时间：120分钟，本卷满分为100分。
2、请首先按要求在试卷的指定位置填写您的姓名、班级、学号。
一、填空题（共10小题，每题2分，共20分）1、刚体绕定轴转动时，刚体的角加速度与它所受的合外力矩成______，与刚体本身的转动惯量成反比。
（填“正比”或“反比”）。
2、质量分别为m和2m的两物体(都可视为质点)，用一长为l的轻质刚性细杆相连，系统绕通过杆且与杆垂直的竖直固定轴O转动，已知O轴离质量为2m的质点的距离为l，质量为m的质点的线速度为v且与杆垂直，则该系统对转轴的角动量(动量矩)大小为________。
3、两根相互平行的“无限长”均匀带正电直线1、2，相距为d，其电荷线密度分别为和如图所示，则场强等于零的点与直线1的距离a为_____________ 。
4、质量为M的物体A静止于水平面上，它与平面之间的滑动摩擦系数为μ，另一质量为的小球B以沿水平方向向右的速度与物体A发生完全非弹性碰撞．则碰后它们在水平方向滑过的距离L＝__________。
5、简谐振动的振动曲线如图所示，相应的以余弦函数表示的振动方程为__________。
6、一条无限长直导线载有10A的电流．在离它 0.5m远的地方它产生的磁感强度B为____________。
一条长直载流导线，在离它1cm处产生的磁感强度是T，它所载的电流为____________。
7、一圆盘正绕垂直于盘面的水平光滑固定轴O转动，如图射来两个质量相同，速度大小相同，方向相反并在一条直线上的子弹，子弹射入圆盘并留在盘内，则子弹射入后的瞬间，圆盘的角速度_____。
8、一个绕有500匝导线的平均周长50cm的细螺绕环，铁芯的相对磁导率为600，载有0.3A 电流时, 铁芯中的磁感应强度B的大小为___________；铁芯中的磁场强度H的大小为___________ 。
长L15cm的直导线AB上均匀地分布着线密度为
xa
2 0
dx
07-3
0x
kx
2 0
dx
xa
kx
2 0
dx
k (2x2 a2)
4 0
（3）场强最小值为零
k (2x2 a2) 0
4 0
x 2a
2
完
07-4
4．如图所示，在点电荷q的电场中，取半径为R的圆
形平面。设点电荷q在垂直于平面并通过圆心O的轴
线上A点处，A点与圆心的距离为d。试计算通过此平
07-1
1． 长L=15cm的直导线AB上均匀地分布着线密度为
=510-9C/m的电荷。求：在导线的延长线上与导线
一端B相距d=5cm处P点的场强。
解：建立如图所示的坐 标系，在导线上取电荷
元dq=dx ，电荷元在P
oA
x dx B P x
L
d dE
点所激发的场强大小
dE
1
4 0
(L
dx
d
x)2
P点的总场强大小
y
解：建立如图所示的坐标系，电
荷元dq=Rd 在o点所激发的场
强大小dEFra bibliotek14 0
Rd
R2
dE
d o
R
x
dl 0
dE y
1
4 0
Rd
R2
cos
d
07-2
E
dE y
0
0
4 0
cos
R
d
4 0
2 sin 0
R
4 0
d R2
9
109
3.12 109
2 0.5 0.02
0.02 0.52
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E 4 ( R h)
2
1.13 10 (C/m )
3
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12
完 16
2
4 0 ( L d x )
P点的总场强大小
前页 后页 目录
1
07-1
E 0
L
1
dx
2
4 0 ( L d x ) 1 1 ( ) 4 0 d d L
9 9
1 1 9 10 5 10 ( ) 0.05 0.20 675(V/m)
0.72(V/m)
前页 后页 目录
4
07-2 近似解法:
1 d E 2 4 0 R
y
0.72(V/m)
o
E
R
x
d
完
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5
07-3
3．一块厚度为a的无限大带电平板，电荷体密度为 =kx (0xa)，k为正常数，求： (1)板外两侧任一点M1、M2的场强大小。 (2)板内任一点M的场强大小。 dx (3)场强最小的点在何处。
kx ka 2 a a dx E2 0 dx 0 2 0 2 0 4 0
x
2
M2处的场强
（2）M处的场强
a E 0 dx x dx 2 0 2 0
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7
07-3
kx kx a 0 dx x dx 2 0 2 0 k 2 2 (2 x a ) 4 0
6．(1)地球表面的场强近似为200V/m，方向指向地球 中心，地球的半径为6.37106m。试计算地球带的总 电荷量。 (2)在离地面1400 m处，场强降为20V/m，方向仍 指向地球中心，试计算这1400m厚的大气层里的平均 电荷密度。
解：设地球带的总电量为Q，大气层带电量为q。 （1）由高斯定理得
完
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2
07-2
2． 半径R为50cm的圆弧形细塑料棒，两端空隙d为 2cm，总电荷量为3.1210-9C的正电荷均匀地分布在 棒上。求圆心o处场强的大小和方向。
解：建立如图所示的坐标系，电 荷元dq=Rd 在o点所激发的场 强大小
y
1 Rd dE 2 4 0 R 1 Rd dE y cos 2 4 0 R
x
（3）场强最小值为零
k 2 2 (2 x a ) 0 4 0 2 x a 2
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完 8
07-4
4．如图所示，在点电荷q的电场中，取半径为R的圆 形平面。设点电荷q在垂直于平面并通过圆心O的轴 线上A点处，A点与圆心的距离为d。试计算通过此 平面的通量。 2 2 解：在圆形平面取半径 为r宽度为dr的同心圆环 作为面元，则
d
dl
o
R
dE
x
0
d
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3
07-2
E dE y 0
0
cos d 4 0 R
2 sin 0 d 2 4 0 R 4 0 R 9 3.12 10 0.02 9 9 10 2 2 0.5 0.02 0.5
解：在平板内任意x处取厚度为dx 的簿层作为电荷元，其电荷面密度 =dx，簿层两侧的场强
o x
x
dE dx 2 0 2 0
方向平行于x轴
M1
M
a
M2
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6
07-3 （1）M1处的场强
a
kx ka a E1 0 dx 0 dx 2 0 2 0 4 0
R dr r O
R d q d A
dS 2rdr r d tg d dr d 2 cos
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9
07-4 dS的电通量
d E E cos dS E cos 2rdr 1 q cos 2rdr 2 2 4 0 r d
q d cos 2 dtg d 2 4 0 ( d ) 2 cos cos 1 sin d 2 0
2
Q E 4R 0 1 6 2 200 (6.37 10 ) 9 105 (C) 9 9 10
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15
E 4R
2
Q
0
07-6 （2）由据高斯定理得
0 2 q E 4 0 ( R h) Q
1 6 2 5 20 (6.37 10 1400) 9 10 9 9 10 5 8.1 10 (C) 5 q 8.1 10 2 6 2 4R h 4 (6.37 10 ) 1400
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10
1
07-4 通过圆平面的电通量
q E d E 0 sin d 2 0 q (1 cos ) 2 0
q d (1 ) 2 2 2 0 R d
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11
07-4
另解：圆平面的电通量等于以 R 2 d 2 为半径， 以圆平面的边界为边界的球冠表面的电通量
4 3 4 3 R r 1 1 3 3 E P 2 2 4 0 rP O 4 0 (rP O rOO )
r R ( 2 ) 2 3 0 (rP O rOO ) rP O
3 3
场强沿水平方向，正值水平向右。
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完 14
07-6
E d E EdS E dS E 2rh
q 2 2 2 2 2 R d ( R d d ) 2 2 4 0 R d 1
q d (1 ) 2 2 2 0 R d
完
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12
07-5
5．在半径为R，电荷体密度为 的均匀带电球内，挖 去一个半径为r的小球，如图所示。试求：P和P点的 场强。(O、O、P、P在一条直线上。)
07-1
1． 长L=15cm的直导线AB上均匀地分布着线密度为 =510-9C/m的电荷。求：在导线的延长线上与导线 一端B相距d=5cm处P点的场强。
解：建立如图所示的坐 标系，在导线上取电荷 元dq=dx ，电荷元在 P点所激发的场强大小
A x o
dx B P x dE L d
dE
1
dx
解：用场强叠加原理求解
P
P
O O r R
4 3 4 3 rPO r 1 1 3 3 EP 2 2 4 0 rPO 4 0 (rPO rOO )
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13
07-5
r ( rPO ) 2 3 0 (rPO rOO )
场强沿水平方向，正值水平向右。