电磁学第四章答案全之欧阳文创编
达标作业 第四章 电磁感应 参考答案
参考答案第四章 电磁感应1、划时代的发现2、探究感应电流的产生条件1答案：C2答案：C解析：穿过闭合回路的磁通量大小取决于磁感应强度、回路所围面积以及两者夹角三个因素，所以只了解其中一个或两个因素无法确定磁通量的变化情况，A 、B 项错误；同样由磁通量的特点，也无法判断其中一个因素的情况，C 项正确，D 项错误．3答案：D解析：将线框向左拉出磁场的过程中，线框的bc 部分做切割磁感线的运动，或者说穿过线框的磁通量减少，所以线框中将产生感应电流．当线框以ab 边为轴转动时，线框的cd 边的右半段在做切割磁感线的运动，或者说穿过线框的磁通量在发生变化，所以线框中将产生感应电流．当线框以ad 边为轴转动(小于60°)时，穿过线框的磁通量在减小，所以在这个过程中线框中会产生感应电流，如果转过的角度超过60°，bc 边将进入无磁场区，那么线框中将不产生感应电流(60°～300°)．当线框以bc 边为轴转动时，如果转动的角度小于60°，则穿过线框的磁通量始终保持不变(其值为磁感应强度与矩形面积的一半的乘积)．4答案：开关位置接错解析：图中所示开关的连接不能控制含有电源的电路中电流的通断．而本实验的内容之一就是用来研究在开关通断瞬间，导致线圈B 内磁场变化，进而产生感应电流的情况，但图中的接法却达不到目的．5.解析：(1)线框进入磁场的过程，在0～l v 时间段内有感应电流产生；线框离开磁场的过程，在2lv ～3l v时间段内有感应电流产生． (2)如图所示，图中磁通量最大值Φm ＝BS ＝Bl 2.答案：(1)0～l v 和2l v ～3l v(2)如解析图3、楞次定律1答案：C2答案：CD解析：先根据楞次定律“来拒去留”判断线圈的N极和S极，A中线圈上端为N极，B 中线圈上端为N极，C中线圈上端为S极，D中线圈上端为S极，再根据安培定则确定感应电流的方向，A、B错误，C、D正确．3答案：BD解析：根据楞次定律的推广应用——面积“增缩减扩”可判BD正确．4答案：AD解析：根据楞次定律的另一种表述——感应电流的效果总是要反抗产生感应电流的原因，本题的“原因”是回路中磁通量的增加，归根结底是磁铁靠近回路，“效果”便是阻碍磁通量的增加和磁铁的靠近，所以P、Q将相互靠近且磁铁的加速度小于g.5答案：C解析：导线ab向右加速运动时，M中产生顺时针方向且逐渐增大的感应电流．由楞次定律可判N中产生逆时针方向的感应电流且有收缩的趋势，C选项正确．4、法拉第电磁感应定律1答案：D解析：感应电动势的大小与磁通量的变化率成正比，磁通量的变化率是表征磁通量变化快慢的物理量，磁通量变化越快，磁通量变化率越大，感应电动势越大，D 选项对；感应电动势大小与磁通量变化的大小、磁通量的大小及线圈所在处的磁场强弱均无直接关系，ABC 选项错．2答案：B3答案：C解析： 根据E ＝n ΔΦΔt 可知：图甲中E ＝0，A 错；图乙中E 为恒量，B 错；图丙中0～t 0时间内的E 1大于t 0～2t 0时间内的E 2，C 正确；图丁中E 为变量，D 错．4答案：A解析：导体杆向右匀速运动产生的感应电动势为Blv ，R 和导体杆形成一个串联电路，由分压原理得U ＝Blv R ＋R ·R ＝12Blv ，由右手定则可判断出感应电流方向由N →M →b →d ，所以A 选项正确．5答案：(1)π4A 方向由B 流向A (2)1.5πV解析：(1)电流方向从B 流向A由E ＝n ΔφΔt 可得 ：E ＝n πd 22ΔB4ΔtI ＝ER ＋r ＝n πd 22ΔB4Δt R ＋r ＝π4A . (2)U ＝IR ，解得：U ＝1.5πV.5、电磁感应现象的两类情况1答案：A解析：a 粒子一直在恒定的磁场中运动，受到的洛伦兹力不做功，动能不变；b 粒子在变化的磁场中运动，由于变化的磁场要产生感生电场，感生电场会对它做正功，所以，A 选项是正确的．2答案：C解析：鸽子两翅展开可达30cm 左右，所以E ＝BLv ＝0.5×10－4×0.3×20V ＝0.3mV. 3答案：CD解析：因为向里的磁场为正方向，对A 开始时是负的逐渐增大，即向外逐渐增大，根据楞次定律知电流方向是顺时针，由法拉第电磁感应定律，电动势是不变的，即电流是恒定值且为正值，而要产生开始时是负的电流，故A 错误；对B 来说开始时是向外并逐渐减小，由楞次定律得电流是逆时针为负，且为恒定值，但0～1s 都是负的恒定值，B 错误；对于C 开始时是向里并逐渐增大，由楞次定律知电流为逆时针为负，并且0～0.5s 时为负，0.5～1.5s 时磁场已由向里开始减小，电流方向变成顺时针为正．故C 正确；对于D 开始时向里并逐渐增大产生负方向的电流，0.5s ～1.5s 磁场变成正方向逐渐减小，电流方向变为顺时针，故D 正确．4答案：1W解析：由(乙)图中可知，磁感应强度随时间均匀变化，那么在(甲)图的线圈中会产生恒定的感应电动势．由(乙)图可知，磁感应强度的变化率ΔB /Δt ＝2T/s ，由法拉第电磁感应定律可得螺线管中感应电动势E ＝n ΔΦ/Δt ＝nS ΔB /Δt ＝1500×20×10－4×2V ＝6V.电路中的感应电流I ＝E /(r ＋R 1＋R 2)＝6/(1.5＋3.5＋25)A ＝0.2A. R 2消耗的电功率P ＝I 2R 2＝0.22×25W ＝1W.5答案：(1)2.8J (2)0.55J解析：(1)金属棒ab 机械能的减少量：ΔE ＝mgh －12mv 2＝2.8J.(2)速度最大时金属棒ab 产生的电动势：E ＝BLv产生的电流：I ＝E /(r ＋R /2)此时的安培力：F ＝BIL由题意可知，所受摩擦力：F f ＝mg sin30°－F由能量守恒得，损失的机械能等于金属棒ab 克服摩擦力做功和产生的电热之和， 电热：Q ＝ΔE －F f h /sin30°上端电阻R 中产生的热量：Q R ＝Q /4联立以上几式得：Q R ＝0.55J.6、互感和自感1答案：C解析：线圈的自感系数由线圈本身的因素(如长度、面积、匝数等)决定，E自∝ΔI Δt，而不是E自∝ΔI，C对，A、B错，线圈中电流减小时自感电动势方向与原电流方向相同，电流增大时，电动势方向与原电流方向相反，D错．2答案：C3[答案] D[解析] 当开关S断开时，L与灯泡A组成回路，由于自感，L中的电流由原来数值逐渐减小，电流方向不变，A灯熄灭要慢；B灯电流瞬间消失，立即熄灭，正确的选项为D.4答案：B解析：S闭合时，由于与A灯串联的线圈L的自感系数很大，故在线圈上产生很大的自感电动势，阻碍电流的增大，所以B比A先亮，故A、C、D错，稳定后，由于与B灯连接的电阻很大，流过B灯支路的电流很小，所以B灯逐渐变暗，故B正确．5答案：B解析：因S1断开瞬间，L中产生很大的自感电动势，若此时S2闭合，则可能将电压表烧坏，故应先断开S2，B正确，A错误．不能在通电状态下拆除电源和电压表，因此C、D错误．7、涡流电磁阻尼和电磁驱动1答案：BCD解析：录音机在磁带上录制声音时，是利用了电流的磁效应，使磁带上的磁粉被磁化，A项错误．自感现象说明磁场能够储存能量，互感现象说明磁场能够携带能量，B项正确．电磁炉利用涡流工作，交流感应电动机利用电磁驱动原理工作，C、D项正确．2答案：AD解析：这是涡流的典型应用之一．当指针摆动时，1随之转动，2是磁铁，那么在1中产生涡流，2对1的安培力将阻碍1的转动．总之不管1向哪个方向转动，2对1的效果总起到阻尼作用．所以它能使指针很快地稳定下来．3. 答案：AD解析：交流电频率越高，则产生的感应电流越强，升温越快，工件电流相同，即电阻大，温度高，放热多．4. 答案：C解析：铜盘转动时，根据法拉第电磁感应定律及楞次定律知，盘中有感应电动势，也产生感应电流，并且受到阻尼作用，机械能很快转化为电能进而转化为焦耳热，铜盘将很快停下，故C对，A、B、D错.5.答案：C解析：条形磁铁向右运动时，环1中磁通量保持为零不变，无感应电流，仍静止．环2中磁通量变化．根据楞次定律，为阻碍磁通量的变化，感应电流的效果使环2向右运动.。
电磁场与电磁波第四章习题及参考答案
第四章 习题4-1、 电量为nC 500的点电荷，在磁场)(ˆ2.1T zB =中运动，经过点)5,4,3(速度为 s m y x/ˆ2000ˆ500+ 。
求电荷在该点所受的磁场力。
解：根据洛仑兹力公式B v q F⨯=N x y z y x 4491012ˆ103ˆ2.1ˆ)ˆ2000ˆ500(10500---⨯+⨯-=⨯+⨯⨯= N y x4103)ˆˆ4(-⨯-= 4-2、真空中边长为a 的正方形导线回路，电流为I ，求回路中心的磁场。
解：设垂直于纸面向下的方向为z 方向。
长为a 的线电流I 在平分线上距离为a/2的点上的磁感应强度为aIzB πμ2ˆ01= 因而，边长为a 的正方形导线回路在中心点上的磁感应强度为aIz B B πμ24ˆ401==题4-2图 题4-3图4-3、真空中边长为a 的正三角形导线回路，电流为I ，求回路中心的磁场.解：设垂直于纸面向下的方向为z 方向。
由例4-1知，长为a 的线电流I 在平分线上距离为b 的点上的磁感应强度为2201)2(ˆa b a bIz B +=πμ所以220)2(3ˆa b a bIz B +=πμ ，其中)6(2πtg a b =4-4、真空中导线绕成的回路形状如图所示，电流为I 。
求半圆中心处的磁场。
(c)题4-4 图解：设垂直于纸面向内的方向为z 方向。
由例4-2知，半径为a 的半圆中心处的磁场为aIz B 4ˆ01μ= （1）因为在载流长直导线的延长线上磁场为零，因此aIz B 4ˆ0μ= （2）由例4-1知，本题半无限长的载流长直导线在距离为a 处的磁场为aIz B πμ4ˆ02= 因此本题磁场为半圆环的磁场与两半无限长的直导线的磁场之和)2(4ˆ0+-=ππμaIz B （3）本题磁场为电流方向相反的两不同半径的半圆环的磁场之和，即)11(4ˆ0ba I zB -=μ 4-5、 在真空中将一个半径为a 的导线圆环沿直径对折，使这两半圆成一直角。
电磁学习题解答第四章
解：由直线段AB电流的磁场：
B
0I 2r
(sin1
sin 2 )
4
I 0
a2
3 3r02
(
3a 2) 4a 2 3r02
30 Ia
2 a 2 3r02 4a 2 3r02
故中心轴上的磁场:
3(B cos ) 3
30 Ia
2 a 2 3r0 2 4a 2 3r0 2
90 Ia2
2 (a 2 3r0 2 ) 4a 2 3r0 2
氢原子处在正常状态基态时它的电子可看作是在半径为a053108厘米的轨道叫做玻尔轨道上做圆周运动速率为v22108厘米每秒已知电子电荷的大小为e161019库仑求电子的这种运动在轨道中心产生的磁感应强度b的值
第四章
3.如附图所示,一条无穷长载流质导线在一处折成直角,p点在 折线的延长线上,到折点的距离为a,
解： 由题意知，
B1
0 I1 2x x1
B B1
B2
0 I 2 2x2
co s x12 x2 2 4a 2
2 x1 x2
x1 x1
B2 α xx22
B
B 1
2
B2 2
2B1 B2
co s
I1
2a
I2
0 2
( I1 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ2 x1
I2 x2
2
2
I1 x1
I2 x2
x12 x2 2 4a 2 2 x1 x2
解：依题意，做如图所示.y~y+dy细长电流
dI jdx Idy/ 2a
dB 0dI 0Idy/ 2a 2r 2 x2 y 2
dBy
dBcos
0Idy/ 2a 2 x2 y 2
[精品]新人教版高中物理第4章电磁波及其应用及答案
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第四章电磁波及其应用第一节电磁波的发现典型例题【例1】麦克斯韦电磁场论的主要内容是什么？【解析】变的磁场能够在周围空间产生电场，变的电场能够在周围产生磁场．均匀变的磁场，产生稳定的电场，均匀变的电场，产生稳定的磁场．这里的“均匀变”指在相等时间内磁感应强度（或电场强度）的变量相等，或者说磁感应强度（或电场强度）对时间变率一定．不均匀变的磁场产生变的电场，不均匀变的电场产生变的磁场【例2】根据麦克斯韦的电磁场论,下列说法中错误的是．A、变的电场可产生磁场B、均匀变的电场可产生均匀变的磁场、振荡电场能够产生振荡磁场D、振荡磁场能够产生振荡电场【解析】麦克斯韦电磁场论的含义是变的电场可产生磁场，而变的磁场能产生电场；产生的场的形式由原的场的变率决定，可由原场随时间变的图线的切线斜率判断，确定．可见，均匀变的电场的变率恒定，产生不变的磁场，B说法错误；其余正确．【例3】能否用实验说明电磁波的存在？【解析】赫兹实验能够说明电磁波的存在。
依照麦克斯韦论，电扰动能辐射电磁波。
赫兹根据电容器经由电火花隙会产生振荡原，设计了一套电磁波发生器。
赫兹将一感应线圈的两端接于产生器二铜棒上。
当感应线圈的电流突然中断时，其感应高电压使电火花隙之间产生火花。
瞬间后，电荷便经由电火花隙在锌板间振荡，频率高达百万周。
由麦克斯韦论，此火花应产生电磁波，于是赫兹设计了一简单的检波器探测此电磁波。
他将一小段导线弯成圆形，线的两端点间留有小电火花隙。
因电磁波应在此小线圈上产生感应电压，而使电火花隙产生火花。
所以他坐在一暗室内，检波器距振荡器10米远，结果他发现检波器的电火花隙间确有小火花产生。
基础练习一、选择题（选6题，填3题，计3题）1、电磁场论是谁提出的（）A、法拉第B、赫兹、麦克斯韦 D、安培2、电磁场论是哪国的家提出的（）A、法国B、英国、美国 D、中国3、电磁场论预言了什么（）A、预言了变的磁场能够在周围空间产生电场B、预言了变的电场能够在周围产生磁场、预言了电磁波的存在，电磁波在真空中的速度为光速D、预言了电能够产生磁，磁能够产生电4、关于电磁场的论，下面说法中正确的是（）A、变的电场周围产生的磁场一定是变的B、变的电场周围产生的磁场不一定是变的、均匀变的磁场周围产生的电场也是均匀变的D、振荡电场周围产生的磁场也是振荡的5、按照麦克斯韦的电磁场论，以下说法中正确的是（）A、恒定的电场周围产生恒定的磁场，恒定的磁场周围产生恒定的电场B、变的电场周围产生磁场、均匀变的磁场周围产生均匀变的电场D、均匀变的电场周围产生稳定的磁场6、电磁波能够发生一下现象（）A、发射B、折射、干涉 D、衍射二、填空题7、变的磁场能够在周围空间产生__________，变的电场能够在周围产生____________．8、电磁波__________（填“可以”或“不可以”）在真空中传播9、_____________证实了麦克斯韦的预言三、计算题10、麦克斯韦电磁场论的两大基本要点是什么？11、已知电磁波传播的速度为3×108，某演唱会现场通过卫星用电磁波传输信号，已知现场到收音机用户总路程为7200公里，则信号传播过所需的时间是多少？12、简述电磁波的产生过程答案：1、 2、B 3、 4、D 5、BD 6、ABD 7、电场磁场8、可以 9、赫兹 10、（1）不仅电荷能够产生电场，变的磁场也能产生电场；（2）不仅电流能够产生磁场，变的电场也能产生磁场。
电磁场与电磁波答案(第四版)谢处方之欧阳术创编
第一章习题解答1.1 给定三个矢量A 、B 和C 如下：求：（1）A a ；（2）-A B ；（3）A B ；（4）AB θ；（5）A 在B 上的分量；（6）⨯A C ；（7）()⨯A B C 和()⨯A B C ；（8）()⨯⨯A B C 和()⨯⨯A B C。
解（1）23A x y z +-===-e e e A a e e e A （2）-=A B (23)(4)x y z y z +---+=e e e e e 64x y z +-=e e e （3）=A B (23)x y z +-e e e (4)y z -+=e e －11（4）由 cos AB θ=14==⨯A B A B ，得1cos AB θ-=(135.5= （5）A 在B 上的分量 B A =Acos ABθ=17=-A B B （6）⨯=A C 123502xyz-=-e e e 41310x y z ---e e e （7）由于⨯=B C 041502xyz-=-e e e 8520x y z ++e e e 所以 ()⨯=A B C (23)x y z +-e e e (8520)42x y z ++=-e e e（8）()⨯⨯=A B C 1014502xyz---=-e e e 2405x y z -+e e e 1.2 三角形的三个顶点为1(0,1,2)P -、2(4,1,3)P -和3(6,2,5)P 。
（1）判断123PP P ∆是否为一直角三角形；（2）求三角形的面积。
解 （1）三个顶点1(0,1,2)P -、2(4,1,3)P -和3(6,2,5)P 的位置矢量分别为12y z =-r e e ，243x y z =+-r e e e ，3625x y z =++r e e e 则 12214x z =-=-R r r e e ， 233228x y z =-=++R r r e e e ， 由此可见故123PP P ∆为一直角三角形。
电磁学第二版习题答案第四章
及电源电动势。 解：因为 U AB = −ε + IR4 ，
ε = IR4 − U AB = 0.4 × 30 + 20 = 32(V ) ε = I ( R4 + R3 +
R2 = R1 R2 ) R1 + R2
R1 (ε − IR4 − IR3 ) = 120Ω IR1 − ε + IR4 + IR3
R2 ldr R 1 1 l ln 2 ， =∫ =∫ = R1 ρπ r R dR ρπ R1
即有： R =
ρπ
l ln
1 R2
R1
4.3.2 用电阻率为 ρ （常量）的金属制成一根长度为 L、底面半径分别为 a 和 b 的锥台形导体（见 附图） ， （1）求它的电阻； （2）试证明当 a=b 时，答案简化为 ρ L/S（其中 S 为柱体的横截面积） 解：假定 I 沿轴线流过任意横截面的 j 是均匀的，建立坐标如图所示 则有： dR =
j
δ
=
ρ I 3.14 ×10−8 × 20 = = 0.2 V 2 −3 2 m πR 3.14 × (10 )
4.3.5 铜的电阻温度系数为 4.3 ×10−3 / 0C ，在 0 0C 时的电阻率为 1.6 ×10−8 Ω ⋅ m ，求直径为 5mm、长 为 160km 的铜制电话线在 25 0C 时的电阻。
l2ρ = π (b − a) 2
若将变量统一为 r ，则 r 的变化范围为： 0 → (b − a) ，或由 a → b 由 tg β =
b − a dr ldr = 得： dx = l dx b−a
∴R=∫
=
b dr ρ dx l ρ dr lρ = = π r 2 ∫ π r 2 (b − a) π (b − a ) ∫a r 2
电磁学第四章习题答案
第四章 习题一(磁场)1、一根载有电流I 的无限长直导线，在A 处弯成半径为R 的圆形，由于导线外有绝缘层，在A 处两导线并不短路，则在圆心处磁感应强度B的大小为( C )(A) I (μ0＋1)／(2πR) (B) μ0πI ／(2πR) (C) μ0I(1＋π)／(2πR) (D) μ0I(1＋π)／(4πR)2、载有电流为I 的无限长导线，弯成如图形状，其中一段是半径为a 的半圆，则圆心处的磁感应强度B的大小为( D )(A) μ0I ／(4a ) + μ0I ／(4πa )(B))8/(2)4/()4/(a I a I a I o o o πμπμμ++(C) ∞(D))4/(2)4/()4/(a I a I a I o o o πμπμμ+-3、如图，电流I 均匀地自下而上通过宽度为a 的 无限长导体薄平板，求薄平板所在平面上距板的一 边为d 的P 点的磁感应强度。
解：该薄板可以看成是由许多无限长的细直载流 导线组成的，每一条载流线的电流为dI =Idx /a ， 根据无限长直载流线磁场公式，它们在P 点产 生的磁感应强度的大小为xdxa πI μx πdI μdB 2200==，B d 的方向⊗ ∴ dad a πI μx dx a πI μdB B a d d ad d+===⎰⎰++ln 2200，B 的方向⊗PB4、电流均匀地自下而上通过宽为2a 的无限长导体薄平板，电流为I ，通过板的中线并与板面垂直的平面上有一点P ，P 到板的垂直距离为x ，设板厚可略去不计，求P 点磁感应强度B 。
解：面电流线密度a I j 2/=在离轴线y 处取一宽为dy 的窄条，其电流为dy a Ijdy dI 2==, 22y x r +=P 点B d的方向如图所示。
r πdI μdB 20=220044yx dy a πI μr dy a πI μ+== 22cos sin yx x rx φθ+===，22sin cos yx y ry φθ+===2204cos y x ydya πI μθdB dB x +==，2204sin y x xdy a πI μθdB dB y+== 04220=+==⎰⎰--a a aa x x yx ydya πI μdB Bxaa πI μx y a πI μy x dy aπIx μdB B aa aa aa y y arctan 2arctan 4400220==+==---⎰⎰ y y y x x e x a aπIμe B e B B ⎪⎭⎫ ⎝⎛=+=arctan 205、求上题当a →∞，但维持aIj 2=(单位宽度上的电流，叫做电流线密度)为一常量时P 点的磁感应强度。
电磁场与电池波第四章 习题答案1
4.3 若半径为 a、电流为 I 的无线长圆柱导体置于空气中，已知导体的磁导率为 μ0 ，求导体 内、外的磁场强度 H 和磁通密度 B。 解： （1）导体内：0 ≤ ρ <a 由安培环路定理， H • dl = I
l
∫
K
K
'
Iρ2 I 2 I = 2 .πρ = 2 a πa
'
所以， H1. 2πρ =
4.5 在下面的矢量中，哪些可能是磁通密度 B？如果是，与它相应的电流密度 J 为多少？ （1） F = aρ 解: ∇. F =
→ →
→
→
ρ
所以 F 不是磁通密度
→
1 ∂ 1 . ( ρ Fρ ) = .2 ρ =2 ≠ 0 ρ ∂ρ ρ
→
（2） F =- ax y+ a y x 解： ∇ . F = −
→
→
∂y ∂x + =0 所以 F 是磁通密度 ∂x ∂y
→ →
ax → → ∂ ∇ × B = μ0 J = ∂x −y
（3） F = ax x - a y y
→
→
ay ∂ ∂y x
→
az → ∂ =2 a z ∂z 0
→
所以
J=
2
→
μ0
az
→
∇ . F =0
→
F 是磁通密度
→
a x → → ∂ ∇ × B = μ0 J = ∂x x
由折射定律得
tan θ1 μ1 = tan θ 2 μ 2
所以 tan θ 2 =
μ2 tan θ1 μ1
θ 2 = 0.107 0
B2 = 0.13 × 10 −2 T
电磁学课后答案第四章
4-2 (张方奕 PB13203055) 解： (1)相互垂直两段对 O 无电磁贡献 = 即有 =− = = ⑵代入 得B + ∙ 0. 5 4 ∙ 0. 5 4 ( − ) = 8 4
I = 20 A, a = 30 mm , b = 50 mm
4 ´ 10 -5 T
4-3 (张方奕 PB13203055) 解： 磁感 B 可分为无限长导线与圆环 O 分别贡献 由安培定理 2 =
0
4-7(张方奕 PB13203055) 解： dQ e 由电流的定义, I= = 2 p r dt ( ) v 则, B = 4p
0
*
ev 2pI = 0 2 = 12.52T r 4p r
4-8 (余阳阳 PB13203083) 解：
Q × Rd × (2p R sin )( R sin ) 2 2 Br = ò 4p R 3 2p 0 2× [( R sin ) 2 + ( R cos - x ) 2 ] 2
又由匀速圆周运动规律得
mv 2 mv = Bqv r = r Bq mv mv = v0 × 0 v× Bq B0 q v= mv0 B v0 , r = B0 q BB0
4-15 (余阳阳 PB13203083) 解： (1) 由动量定理
B
dq ldt = mdv dt
Blq = mv
又由能量守恒
0
ln
b + r 2 + b2 a+ r +b
2 2
+
a r +n
2 2
-
b r + b2
2
4-5 (张方奕 PB13203055) 解： (1).圆环两半相抵消,B=0 (2).电阻之比为
大物电磁学课后答案4
a
|2
a
2
0I arctg a a 2x
y
a/2
dB x
Bx 0
B
B
2 x
B
2 y
By
0I arctg a
a
2x
当a 时， B 0I arctg 0I 0 j .
a
a 2 2
补充4.4 边长为a的正方形载流回路，电流为I， (1)求这回路轴
2
2
0I 2 2 R
d
0I 2R
dI
x
dB
柱面横截面图
（沿x正向）
4-15 载流长直导线弯成图中三种形状，求O点的磁感应强度B。
解:（a）分成4段
B1 B3 0
B2
0Idl 4R12
0
0I 4R12
R1d
0I 4R1
同理
B4
0I 4R 2
解： (1) eE evB v E/B 3.75103 (米/秒）
（2）E，V，B 两两垂直
4-10 已知一电量为q的粒子垂直入射到磁感应强度为B的均匀磁
场以前，经过电压为V的电场加速，粒子的初速度可以忽略不计
，进入磁场后经过半圆到达照像底片上的P点，已知粒子入口至
P点的距离为x，求该粒子质量。
解：由于BC和AD中I2方向相反，在I1的磁场中受
力，大小相等方向相反，合力为零。
I1
AB受力为
FAB
I 2lB1
I
2l
0I1 2a
（方向如图）
ab
B
C
I2 l
电磁学答案第四章
H4 = 0
w4 = 0
W4 = 0
单位长度总能量:
W = W1 + W2 + W3 + W4 2 c μ 0 I 4c ln 3c 4 + 4c 2 b 2 b 4 μ0 I 2 μ0 I 2 b b = + ln + 2 2 2 16π 4π a 16π ( c b )
2
2 c 4c ln 3c 4 + 4c 2 b 2 b 4 b μ0 I 2 1 b = 1.7 × 10 5 J + ln + = 2 2 2 4π 4 a 4 (c b )
μr
(103) ? ! 4.9 6.4 7.8 8.8 8.6 6.1 3.8 2.1
memo
最大
⑶ 最大磁导率: 0.011 N/A2
P. 289 4-42, 【解】:
H = i 2π r
D
原磁化方向
I
i = 2π rH
最大值
i ≥ π DH C 103 = π × 0.8 × 10 3 × 2 × 4π = 0.4A
B~H曲线
H(A/m) 0 100 200 300 400 500 600
⑵ 磁导率: H (A/m) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 33 50 61 72 93 155 290 600
μr μ0 B (Wb/m2) (10-3N/A2) 0 ? ! 0.2 6.1 0.4 8.0 0.6 9.8 0.8 11.1 1.0 10.8 1.2 7.7 1.4 4.8 1.6 2.7
1.0 498 2 × + × 10 3 4π × 10 7 796 1 = 2.09 × 10 3 =
P. 290 4-50, 【解】: ⑴ 气隙中
电磁场与电磁波第四章习题及参考答案
第四章 习题4-1、 电量为nC 500的点电荷，在磁场)(ˆ2.1T zB =中运动，经过点)5,4,3(速度为 s m y x/ˆ2000ˆ500+ 。
求电荷在该点所受的磁场力。
解：根据洛仑兹力公式B v q F⨯=N x y z y x 4491012ˆ103ˆ2.1ˆ)ˆ2000ˆ500(10500---⨯+⨯-=⨯+⨯⨯= N y x4103)ˆˆ4(-⨯-= 4-2、真空中边长为a 的正方形导线回路，电流为I ，求回路中心的磁场。
解：设垂直于纸面向下的方向为z 方向。
长为a 的线电流I 在平分线上距离为a/2的点上的磁感应强度为aIzB πμ2ˆ01= 因而，边长为a 的正方形导线回路在中心点上的磁感应强度为aIz B B πμ24ˆ401==题4-2图 题4-3图4-3、真空中边长为a 的正三角形导线回路，电流为I ，求回路中心的磁场.解：设垂直于纸面向下的方向为z 方向。
由例4-1知，长为a 的线电流I 在平分线上距离为b 的点上的磁感应强度为2201)2(ˆa b a bIz B +=πμ所以220)2(3ˆa b a bIz B +=πμ ，其中)6(2πtg a b =4-4、真空中导线绕成的回路形状如图所示，电流为I 。
求半圆中心处的磁场。
(c)题4-4 图解：设垂直于纸面向内的方向为z 方向。
由例4-2知，半径为a 的半圆中心处的磁场为aIz B 4ˆ01μ= （1）因为在载流长直导线的延长线上磁场为零，因此aIz B 4ˆ0μ= （2）由例4-1知，本题半无限长的载流长直导线在距离为a 处的磁场为aIz B πμ4ˆ02= 因此本题磁场为半圆环的磁场与两半无限长的直导线的磁场之和)2(4ˆ0+-=ππμaIz B （3）本题磁场为电流方向相反的两不同半径的半圆环的磁场之和，即)11(4ˆ0ba I zB -=μ 4-5、 在真空中将一个半径为a 的导线圆环沿直径对折，使这两半圆成一直角。
电磁场与电磁波：第四章作业答案
由于轴对称性，两板间的磁场只有 分量，且在以 轴为中心、 为半径的圆周 上处处相等。于是由
可得
所以
（2）损耗功率瞬时值 为
平均损耗功率 为
（3）进入电容器的平均功率为
由此可见有
根据边界条件，在导线表面上电场的切向分量连续，即 。因此，在导线表面外侧的电场的切向分量为
又利用高斯定理，容易求得导线表面外侧的电场的法向分量为
故导线表面外侧的电场为
利用安培环路定理，可求得导线表面外侧的磁场为
故导线表面外侧的坡印廷矢量为
由内导体表面每单位长度进入其内部的功率
式中 是内导体单位长度的电阻。由此可见，由导线表面进入其内部的功率等于导体内的焦耳热损耗功率。
解坡印廷矢量的瞬时值为
故平均坡印廷矢量为
4.15在半径为 、电导率为 的无限长直圆柱导线中，沿轴向通以均匀分布的恒定电流 ，且导线表面上有均匀分布的电荷面密度 。
（1）导线表面外侧的坡印廷矢量 ；
（2）证明：由导线表面进入其内部的功率等于导线内的焦耳热损耗功率。
解：（1）当导线的电导率 为有限值时，导线内部存在沿电流方向的电场
4.9自由空间中的电磁场为
式中 。求：
（1）瞬时坡印廷矢量；
（2）平均坡印廷矢量；
（3）任一时刻流入如题4.9图所示的平行六面体（长 、横截面积为 ）中的净功率。
解（1）瞬时坡印廷矢量
（2）平均坡印廷矢量
（3）任一时刻流入如题4.9图所示的平行六面体中的净功率为
4.10已知某电磁场的复矢量为
式中 ， 为真空中的光速， 是波长。求：（1） 、 、 各点处的瞬时坡印廷矢量；（2）以上各点处的平均坡印廷矢量。
4.16由半径为 的两圆形导体平板构成一平行板电容器，间距为 ，两板间充满介电常数为 、电导率为 的媒质，如题4.16题所示。设两板间外加缓变电压 ，略去边缘效应，试求：
电磁学经典练习题及答案之欧阳音创编
高中物理电磁学练习题时间：2021.03.11 创作：欧阳音一、在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确．1．如图3-1所示，有一金属箔验电器，起初金属箔闭合，当带正电的棒靠近验电器上部的金属板时，金属箔张开．在这个状态下，用手指接触验电器的金属板，金属箔闭合，问当手指从金属板上离开，然后使棒也远离验电器，金属箔的状态如何变化?从图3-1的①～④四个选项中选取一个正确的答案．［］图3-1Ａ．图①Ｂ．图②Ｃ．图③Ｄ．图④2．下列关于静电场的说法中正确的是［］Ａ．在点电荷形成的电场中没有场强相等的两点，但有电势相等的两点Ｂ．正电荷只在电场力作用下，一定从高电势向低电势运动Ｃ．场强为零处，电势不一定为零；电势为零处，场强不一定为零Ｄ．初速为零的正电荷在电场力作用下不一定沿电场线运动3．在静电场中，带电量大小为ｑ的带电粒子（不计重力），仅在电场力的作用下，先后飞过相距为ｄ的ａ、ｂ两点，动能增加了ΔＥ，则［］Ａ．ａ点的电势一定高于ｂ点的电势Ｂ．带电粒子的电势能一定减少Ｃ．电场强度一定等于ΔＥ／ｄｑＤ．ａ、ｂ两点间的电势差大小一定等于ΔＥ／ｑ4．将原来相距较近的两个带同种电荷的小球同时由静止释放（小球放在光滑绝缘的水平面上），它们仅在相互间库仑力作用下运动的过程中［］Ａ．它们的相互作用力不断减少Ｂ．它们的加速度之比不断减小Ｃ．它们的动量之和不断增加Ｄ．它们的动能之和不断增加5．如图3-2所示，两个正、负点电荷，在库仑力作用下，它们以两者连线上的某点为圆心做匀速圆周运动，以下说法正确的是［］图3-2Ａ．它们所需要的向心力不相等Ｂ．它们做圆周运动的角速度相等Ｃ．它们的线速度与其质量成反比Ｄ．它们的运动半径与电荷量成反比6．如图3-3所示，水平固定的小圆盘Ａ，带电量为Ｑ，电势为零，从盘心处Ｏ由静止释放一质量为ｍ，带电量为＋ｑ的小球，由于电场的作用，小球竖直上升的高度可达盘中心竖直线上的ｃ点，Ｏｃ＝ｈ，又知道过竖直线上的ｂ点时，小球速度最大，由此可知在Ｑ所形成的电场中，可以确定的物理量是［］图3-3Ａ．ｂ点场强Ｂ．ｃ点场强Ｃ．ｂ点电势Ｄ．ｃ点电势7．如图3-4所示，带电体Ｑ固定，带电体Ｐ的带电量为ｑ，质量为ｍ，与绝缘的水平桌面间的动摩擦因数为μ，将Ｐ在Ａ点由静止放开，则在Ｑ的排斥下运动到Ｂ点停下，Ａ、Ｂ相距为ｓ，下列说法正确的是［］图3-4Ａ．将Ｐ从Ｂ点由静止拉到Ａ点，水平拉力最少做功2μｍｇｓＢ．将Ｐ从Ｂ点由静止拉到Ａ点，水平拉力做功μｍｇｓＣ．Ｐ从Ａ点运动到Ｂ点，电势能增加μｍｇｓＤ．Ｐ从Ａ点运动到Ｂ点，电势能减少μｍｇｓ8．如图3-5所示，悬线下挂着一个带正电的小球，它的质量为ｍ、电量为ｑ，整个装置处于水平向右的匀强电场中，电场强度为Ｅ．［］图3-5Ａ．小球平衡时，悬线与竖直方向夹角的正切为Ｅｑ／ｍｇＢ．若剪断悬线，则小球做曲线运动Ｃ．若剪断悬线，则小球做匀速运动Ｄ．若剪断悬线，则小球做匀加速直线运动9．将一个6Ｖ、6Ｗ的小灯甲连接在内阻不能忽略的电源上，小灯恰好正常发光，现改将一个6Ｖ、3Ｗ的小灯乙连接到同电源上，则［］Ａ．小灯乙可能正常发光Ｂ．小灯乙可能因电压过高而烧毁Ｃ．小灯乙可能因电压较低而不能正常发光Ｄ．小灯乙一定正常发光10．用三个电动势均为1．5Ｖ、内阻均为0．5Ω的相同电池串联起来作电源，向三个阻值都是1Ω的用电器供电，要想获得最大的输出功率，在如图3-6所示电路中应选择的电路是［］图3-611．如图3-10所示的电路中，Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５为阻值固定的电阻，Ｒ６为可变电阻，Ａ为内阻可忽略的电流表，Ｖ为内阻很大的电压表，电源的电动势为，内阻为ｒ．当Ｒ６的滑动触头Ｐ向ａ端移动时［］图3-10Ａ．电压表Ｖ的读数变小Ｂ．电压表Ｖ的读数变大Ｃ．电流表Ａ的读数变小Ｄ．电流表Ａ的读数变大12．如图3-11所示的电路中，滑动变阻器的滑片Ｐ从ａ滑向ｂ的过程中，3只理想电压表的示数变化的绝对值分别为ΔＵ１、ΔＵ２、ΔＵ３，下列各值可能出现的是［］图3-11Ａ．ΔＵ１＝3Ｖ、ΔＵ２＝2Ｖ、ΔＵ３＝1ＶＢ．ΔＵ１＝1Ｖ、ΔＵ２＝3Ｖ、ΔＵ３＝2ＶＣ．ΔＵ１＝0．5Ｖ、ΔＵ２＝1Ｖ、ΔＵ３＝1．5ＶＣ．ΔＵ１＝0．2Ｖ、ΔＵ２＝1Ｖ、ΔＵ３＝0．8Ｖ13．如图3-12甲所示电路中，电流表Ａ１与Ａ２内阻相同，Ａ２与Ｒ１串联，当电路两端接在电压恒定的电源上时，Ａ１示数为3Ａ，Ａ２的示数为2Ａ；现将Ａ２改为与Ｒ２串联，如图3-12乙所示，再接在原来的电源上，那么［］图3-12Ａ．Ａ１的示数必增大，Ａ２的示数必减小Ｂ．Ａ１的示数必增大，Ａ２的示数必增大Ｃ．Ａ１的示数必减小，Ａ２的示数必增大Ｄ．Ａ１的示数必减小，Ａ２的示数必减小14．如图3-13所示为白炽灯Ｌ１（规格为“220Ｖ，100Ｗ”）、Ｌ２（规格为“220Ｖ，60Ｗ”）的伏安特性曲线（Ｉ-Ｕ图象），则根据该曲线可确定将Ｌ１、Ｌ２两灯串联在220Ｖ的电源上时，两灯的实际功率之比大约为［］图3-13Ａ．1∶2 Ｂ．3∶5 Ｃ．5∶3 Ｄ．1∶315．如图3-14所示的电路中，当Ｒ１的滑动触头移动时［］图3-14Ａ．Ｒ１上电流的变化量大于Ｒ３上电流的变化量Ｂ．Ｒ１上电流的变化量小于Ｒ３上电流的变化量Ｃ．Ｒ２上电压的变化量大于路端电压的变化量Ｄ．Ｒ２上电压的变化量小于路端电压的变化量16．电饭锅工作时有两种状态：一种是锅内水烧干前的加热状态，另一种是锅内水烧干后保温状态，如图3-15所示是电饭锅电路原理示意图，Ｓ是用感温材料制造的开关．下列说法中正确的是［］图3-15Ａ．其中Ｒ２是供加热用的电阻丝Ｂ．当开关Ｓ接通时电饭锅为加热状态，Ｓ断开时为保温状态Ｃ．要使Ｒ２在保温状态时的功率为加热状态时的一半，Ｒ１／Ｒ２应为2∶1Ｄ．要使Ｒ２在保温状态时的功率为加热状态时的一半，Ｒ１／Ｒ２应为（－1）∶117．如图3-16所示Ｍ为理想变压器，电源电压不变，当变阻器的滑动头Ｐ向上移动时，读数发生变化的电表是［］图3-16Ａ．Ａ１Ｂ．Ａ２Ｃ．Ｖ１Ｄ．Ｖ２18．如图3-17甲所示，两节同样的电池（内电阻不计）与滑线变阻器组成分压电路和理想变压器原线圈连接，通过改变滑动触头Ｐ的位置，可以在变压器副线圈两端得到图3-17乙中哪些电压? ［］图3-1719．如图3-18所示的电路中，Ｌ１和Ｌ２是完全相同的灯泡，线圈Ｌ的电阻可以忽略．下列说法正确的是［］图3-18Ａ．合上开关Ｓ接通电路时，Ｌ１先亮，Ｌ２后亮，最后一样亮Ｂ．合上开关Ｓ接通电路时，Ｌ１和Ｌ２始终一样亮Ｃ．断开开关Ｓ切断电路时，Ｌ１立刻熄灭，Ｌ２过一会儿才熄灭Ｄ．断开开关Ｓ切断电路时，Ｌ１和Ｌ２都要过一会儿才熄灭20．如图3-19所示，理想变压器的副线圈上通过输电线接有三个灯炮Ｌ１、Ｌ２和Ｌ３，输电线的等效电阻为Ｒ，原线圈接有一个理想的电流表．开始时，开关Ｓ接通，当Ｓ断开时，以下说法中正确的是［］图3-19Ａ．原线圈两端Ｐ、Ｑ间的输入电压减小Ｂ．等效电阻Ｒ上消耗的功率变大Ｃ．原线圈中电流表示数增大Ｄ．灯炮Ｌ１和Ｌ２变亮21．如图3-20所示是一个理想变压器，Ａ１、Ａ２分别为理想的交流电流表，Ｖ１、Ｖ２分别为理想的交流电压表，Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３均为电阻，原线圈两端接电压一定的正弦交流电源，闭合开关Ｓ，各交流电表的示数变化情况应是［］图3-20Ａ．Ａ１读数变大Ｂ．Ａ２读数变大Ｃ．Ｖ１读数变小Ｄ．Ｖ２读数变小22．如图3-21所示电路中，电源电动势为，内电阻为ｒ，Ｒ１、Ｒ２为定值电阻，Ｒ３为可变电阻，Ｃ为电容器．在可变电阻Ｒ３由较小逐渐变大的过程中［］图3-21Ａ．流过Ｒ２的电流方向是由ｂ到ａＢ．电容器被充电Ｃ．电容器的带电量在逐渐减少Ｄ．电源内部消耗的功率变大23．如图3-22所示是一理想变压器的电路图，若初级回路Ａ、Ｂ两点接交流电压Ｕ时，四个相同的灯泡均正常发光，则原、副线圈匝数比为［］图3-22Ａ．4∶1 Ｂ．2∶1 Ｃ．1∶3Ｄ．3∶124．如图3-23所示，一个理想变压器的原、副线圈匝数之比为ｎ１∶ｎ２＝10∶1，在原线圈上加220Ｖ的正弦交变电压，则副线圈两端ｃ、ｄ间的最大电压为［］图3-23Ａ．22ＶＢ．22ＶＣ．零Ｄ．11Ｖ25．如图3-24所示，某理想变压器的原、副线圈的匝数均可调节，原线圈两端电压为一最大值不变的正弦交流电，在其它条件不变的情况下，为了使变压器输入功率增大，可使［］图3-24Ａ．原线圈匝数ｎ１增加Ｂ．原线圈匝数ｎ２增加Ｃ．负载电阻Ｒ的阻值增大Ｄ．负载电阻Ｒ的阻值减小26．如图3-26甲所示，闭合导体线框ａｂｃｄ从高处自由下落，落入一个有界匀强磁场中，从ｂｃ边开始进入磁场到ａｄ边即将进入磁场的这段时间里，在图3-26乙中表示线框运动过程中的感应电流-时间图象的可能是［］图3－2627．如图3-28所示，ａｂｃｄ是粗细均匀的电阻丝制成的长方形线框，导体棒ＭＮ有电阻，可在ａｄ边与ｂｃ边上无摩擦滑动，且接触良好，线框处在垂直纸面向里的匀强磁场中，在ＭＮ由靠近ａｂ边处向ｄｃ边匀速滑动的过程中，下列说法正确的是［］图3-28Ａ．矩形线框消耗的功率先减小后增大Ｂ．ＭＮ棒中的电流强度先减小后增大Ｃ．ＭＮ棒两端的电压先减小后增大Ｄ．ＭＮ棒上拉力的功率先减小后增大28．一平行板电容器充电后与电源断开，负极板接地．在两极板间有一正电荷（电量很小）固定在Ｐ点，如图3-30所示．以Ｅ表示两板间的场强，Ｕ表示电容器两板间的电压，Ｗ表示正电荷在Ｐ点的电势能．若保持负极板不动，将正极板移到图中虚线所示位置，则［］图3-30Ａ．Ｕ变小，Ｅ不变Ｂ．Ｅ变大，Ｗ变大Ｃ．Ｕ变小，Ｗ不变Ｄ．Ｕ不变，Ｗ不变29．如图3-31所示，有一固定的超导体圆环，在其右侧放着一条形磁铁，此时圆环中没有电流．当把磁铁向右方移走时，由于电磁感应，在超导体圆环中产生了一定的电流［］图3-31Ａ．此电流方向如图中箭头所示，磁铁移走后，电流很快消失Ｂ．此电流方向如图中箭头所示，磁铁移走后，电流继续维持Ｃ．此电流方向与图中箭头方向相反，磁铁移走后，电流很快消失Ｄ．此电流方向与图中箭头方向相反，磁铁移走后，电流继续维持30．如图3-32所示的哪些情况中，ａ、ｂ两点的电势相等，ａ、ｂ两点的电场强度矢量也相等? ［］图3-32Ａ．平行板电容器带电时，极板间除边缘以外的任意两点ａ、ｂＢ．静电场中达到静电平衡时的导体内部的任意两点ａ、ｂＣ．离点电荷等距的任意两点ａ、ｂＤ．两个等量异号电荷间连线的中垂线上，与连线中点Ｏ等距的两点ａ、ｂ31．在图3-33中虚线所围的区域内，存在电场强度为Ｅ的匀强电场和磁感强度为Ｂ的匀强磁场．已知从左方水平射入的电子，穿过这区域时未发生偏转．设重力可以忽略不计，则在这区域中Ｅ和Ｂ的方向可能是［］图3-33Ａ．Ｅ和Ｂ都沿水平方向，并与电子运动方向相同Ｂ．Ｅ和Ｂ都沿水平方向，并与电子运动方向相反Ｃ．Ｅ竖直向上，Ｂ垂直纸面向外Ｄ．Ｅ竖直向上，Ｂ垂直纸面向里32．在一根软铁棒上绕有一组线圈，ａ、ｃ是线圈的两端，ｂ为中心抽头，把ａ端和ｂ抽头分别接到两条平行金属导轨上，导轨间有匀强磁场，方向垂直于导轨所在平面并指向纸内，如图3-35所示，金属棒ＰＱ在外力作用下以图示位置为平衡位置左右做简谐运动，运动过程中保持与导轨垂直，且两端与导轨始终接触良好，下面的过程中ａ、ｃ点的电势都比ｂ点的电势高的是［］图3-35Ａ．ＰＱ从平衡位置向左边运动的过程中Ｂ．ＰＱ从左边向平衡位置运动的过程中Ｃ．ＰＱ从平衡位置向右边运动的过程中Ｄ．ＰＱ从右边向平衡位置运动的过程中33．质量为ｍ、电量为ｑ的带电粒子以速率ｖ垂直磁感线射入磁感强度为Ｂ的匀强磁场中，在磁场力作用下做匀速圆周运动，带电粒子在圆周轨道上运动相当于一环形电流，则［］Ａ．环形电流的电流强度跟ｑ成正比Ｂ．环形电流的电流强度跟ｖ成正比Ｃ．环形电流的电流强度跟Ｂ成正比Ｄ．环形电流的电流强度跟ｍ成反比34．在光滑绝缘水平面上，一轻绳拉着一个带电小球绕竖直方向的轴Ｏ在匀强磁场中做逆时针方向的水平匀速圆周运动，磁场方向竖直向下，其俯视图如图3-36所示．若小球运动到Ａ点时，绳子突然断开，关于小球在绳断开后可能的运动情况，以下说法正确的是［］图3-36Ａ．小球仍做逆时针匀速圆周运动，半径不变Ｂ．小球仍做逆时针匀速圆周运动，但半径减小Ｃ．小球做顺时针匀速圆周运动，半径不变Ｄ．小球做顺时针匀速圆周运动，半径减小35．如图3-37所示，竖直面内放置的两条平行光滑导轨，电阻不计，匀强磁场方向垂直纸面向里，磁感强度Ｂ＝0．5Ｔ，导体棒ａｂ、ｃｄ长度均为0．2ｍ，电阻均为0．1Ω，重力均为0．1Ｎ，现用力向上拉动导体棒ａｂ，使之匀速上升（导体棒ａｂ、ｃｄ与导轨接触良好），此时ｃｄ静止不动，则ａｂ上升时，下列说法正确的是［］图3-37Ａ．ａｂ受到的拉力大小为2ＮＢ．ａｂ向上运动的速度为2ｍ／ｓＣ．在2ｓ内，拉力做功，有0．4Ｊ的机械能转化为电能Ｄ．在2ｓ内，拉力做功为0．6Ｊ36．如图3-38所示，闭合矩形线圈ａｂｃｄ与长直导线ＭＮ在同一平面内，线圈的ａｂ、ｄｃ两边与直导线平行，直导线中有逐渐增大、但方向不明的电流，则［］图3-38Ａ．可知道线圈中的感应电流方向Ｂ．可知道线圈各边所受磁场力的方向Ｃ．可知道整个线圈所受的磁场力的方向Ｄ．无法判断线圈中的感应电流方向，也无法判断线圈所受磁场力的方向37．如图3-39甲所示，Ａ、Ｂ表示真空中水平放置相距为ｄ的平行金属板，板长为Ｌ，两板加电压后板间电场可视为匀强电场，现在Ａ、Ｂ两极间加上如图3-39乙所示的周期性的交变电压，在ｔ＝Ｔ／4时，恰有一质量为ｍ、电量为ｑ的粒子在板间中央沿水平方向以速度ｖ０射入电场，忽略粒子重力，下列关于粒子运动状态表述正确的是［］图3-39Ａ．粒子在垂直于板的方向的分运动可能是往复运动Ｂ．粒子在垂直于板的方向的分运动不可能是单向运动Ｃ．粒子不可能沿与板平行的方向飞出Ｄ．只要电压的周期Ｔ和ｕ０的值同时满足一定条件，粒子可以沿与板平行的方向飞出．38．如图3-40甲所示，两块大平行金属板Ａ、Ｂ之间的距离为ｄ，在两板间加上电压Ｕ，并将Ｂ板接地作为电势零点，现将正电荷ｑ逆着电场线方向由Ａ板移到Ｂ板，若用ｘ表示称动过程中该正电荷到Ａ板的距离，则其电势能随ｘ变化的图线为图3-40乙中的［］图3-4039．如图3-41所示，用绝缘细丝线悬吊着的带正电小球在匀强磁场中做简谐振动，则［］图3-41Ａ．当小球每次通过平衡位置时，动能相同Ｂ．当小球每次通过平衡位置时，动量相同Ｃ．当小球每次通过平衡位置时，丝线拉力相同Ｄ．撤消磁场后，小球摆动周期不变40．如图3-42甲所示，直线ＭＮ右边区域宽度为Ｌ的空间，存在磁感强度为Ｂ的匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里．由导线弯成的半径为Ｒ（Ｌ＞2Ｒ）的圆环处在垂直于磁场的平面内，且可绕环与ＭＮ的切点Ｏ在该平面内转动．现让环以角速度ω顺时针转动．图3-42乙是环从图示位置开始转过一周的过程中，感应电动势的瞬时值随时间变化的图象，正确的是［］图3-4241．空间某区域电场线分布如图3-43所示，带电小球（质量为ｍ，电量为ｑ）在Ａ点速度为ｖ１，方向水平向右，至Ｂ点速度为ｖ２，ｖ２与水平方向间夹角为α，Ａ、Ｂ间高度差为Ｈ，以下判断正确的是［］图3-43Ａ．Ａ、Ｂ两点间电势差Ｕ＝（（1／2）ｍｖ２２－（1／2）ｍｖ１２）／ｑＢ．球由Ａ至Ｂ，电场力的冲量为ｍ（ｖ２ｃｏｓα－ｖ１）Ｃ．球由Ａ至Ｂ，电场力的功为（1／2）ｍｖ２２－（1／2）ｍｖ１２－ｍｇＨＤ．小球重力在Ｂ点的即时功率为ｍｇｖ２ｓｉｎα42．如图3-44所示，一块金属导体ａｂｃｄ和电源连接，处于垂直于金属平面的匀强磁场中，当接通电源、有电流流过金属导体时，下面说法中正确的是［］图3-44Ａ．导体受自左向右的安培力作用Ｂ．导体内部定向移动的自由电子受自右向左的洛伦兹力作用Ｃ．在导体的ａ、ｄ两侧存在电势差，且ａ点电势低于ｄ点电势Ｄ．在导体的ａ、ｄ两侧存在电势差，且ａ点电势高于ｄ点电势43．如图3-45所示，ＭＮ、ＰＱ是间距为ｌ的平行金属导轨，置于磁感强度为Ｂ、方向垂直导轨所在平面向里的匀强磁场中，Ｍ、Ｐ间接有一阻值为Ｒ的电阻．一根与导轨接触良好、阻值为Ｒ／2的金属导线ａｂ垂直导轨放置，并以速度ｖ向右匀速滑动．则［］图3-45Ａ．ａ、ｂ两点间电压为ＢｌｖＢ．ａ、ｂ两点间电压为Ｂｌｖ／3Ｃ．ａ、ｂ两点间电压为2Ｂｌｖ／3Ｄ．ａ端电势比ｂ端高44．如图3-46所示，Ｑ1、Ｑ2带等量正电荷，固定在绝缘平面上，在其连线上有一光滑的绝缘杆，杆上套一带正电的小球，杆所在的区域同时存在一个匀强磁场，方向如图，小球的重力不计．现将小球从图示位置从静止释放，在小球运动过程中，下列说法中哪些是正确的［］图3－46Ａ．小球加速度将不断变化Ｂ．小球速度将一直增大Ｃ．小球所受洛伦兹力将一直增大Ｄ．小球所受洛伦兹力大小变化，方向也变化45．一根金属棒ＭＮ放在倾斜的导轨ＡＢＣＤ上处于静止，如图3-47所示，若在垂直于导轨ＡＢＣＤ平面的方向加一个磁感强度均匀增大的匀强磁场，随着磁感强度的增大，金属棒在倾斜导轨上由静止变为运动，在这个过程中，关于导轨对金属棒的摩擦力ｆ的大小变化情况是［］图3-47Ａ．如果匀强磁场的方向垂直于导轨平面斜向下，则摩擦力ｆ一直减小Ｂ．如果匀强磁场的方向垂直于导轨平面斜向下，则摩擦力ｆ先减小后增大Ｃ．如果匀强磁场的方向垂直于导轨平面斜向上，则摩擦力ｆ一直增大Ｄ．如果匀强磁场的方向垂直于导轨平面斜向上，则摩擦力ｆ先增大后减小46．如图3-48所示，一个质子和一个α粒子垂直于磁场方向从同一点射入一个匀强磁场，若它们在磁场中的运动轨迹是重合的，则它们在磁场中运动的过程中［］图3-48Ａ．磁场对它们的冲量为零Ｂ．磁场对它们的冲量相等Ｃ．磁场对质子的冲量是对α粒子冲量的2倍Ｄ．磁场对α粒子的冲量是质子冲量的2倍47．如图3-49甲所示，两根竖直放置的光滑平行导轨，其一部分处于方向垂直导轨所在平面且有上下水平边界的匀强磁场中，一根金属杆ＭＮ成水平沿导轨滑下．在与导轨和电阻Ｒ组成的闭合电路中，其他电阻不计，当金属杆ＭＮ进入磁场区后，其运动的速度图象可能是图3-49乙中的［］图3-49二、解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，答案中必须明确写出数值和单位．1．如图3-87所示的电路中，电源电动势＝24Ｖ，内阻不计，电容Ｃ＝12μＦ，Ｒ１＝10Ω，Ｒ３＝60Ω，Ｒ４＝20Ω，Ｒ５＝40Ω，电流表Ｇ的示数为零，此时电容器所带电量Ｑ＝7．2×10－５Ｃ，求电阻Ｒ２的阻值?图3-872．如图3-88中电路的各元件值为：Ｒ１＝Ｒ２＝10Ω，Ｒ３＝Ｒ４＝20Ω，Ｃ＝300μＦ，电源电动势＝6Ｖ，内阻不计，单刀双掷开关Ｓ开始时接通触点2，求：图3-88（1）当开关Ｓ从触点2改接触点1，且电路稳定后，电容Ｃ所带电量．（2）若开关Ｓ从触点1改接触点2后，直至电流为零止，通过电阻Ｒ１的电量．3．光滑水平面上放有如图3-89所示的用绝缘材料制成的Ｌ形滑板（平面部分足够长），质量为4ｍ，距滑板的Ａ壁为Ｌ１距离的Ｂ处放有一质量为ｍ，电量为＋ｑ的大小不计的小物体，物体与板面的摩擦不计，整个装置处于场强为Ｅ的匀强电场中．初始时刻，滑块与物体都静止，试问：图3-89（1）释放小物体，第一次与滑板Ａ壁碰前物体的速度ｖ１多大?（2）若物体与Ａ壁碰后相对水平面的速率为碰前速率的3／5，则物体在第二次跟Ａ壁碰撞之前，滑板相对于水平面的速度ｖ和物体相对于水平面的速度ｖ２分别为多大?（3）物体从开始运动到第二次碰撞前，电场力做的功为多大?（设碰撞所经历时间极短）4．如图3-90所示，半径为ｒ的金属球在匀强磁场中以恒定的速度ｖ沿与磁感强度Ｂ垂直的方向运动，当达到稳定状态时，试求：图3-90（1）球内电场强度的大小和方向?（2）球上怎样的两点间电势差最大?最大电势差是多少?5．如图3-91所示，小车Ａ的质量Ｍ＝2ｋｇ，置于光滑水平面上，初速度为ｖ０＝14ｍ／ｓ．带正电荷ｑ＝0．2Ｃ的可视为质点的物体Ｂ，质量ｍ＝0．1ｋｇ，轻放在小车Ａ的右端，在Ａ、Ｂ所在的空间存在着匀强磁场，方向垂直纸面向里，磁感强度Ｂ＝0．5Ｔ，物体与小车之间有摩擦力作用，设小车足够长，求图3-91（1）Ｂ物体的最大速度?（2）小车Ａ的最小速度?（3）在此过程中系统增加的内能?（ｇ＝10ｍ／ｓ２）6．把一个有孔的带正电荷的塑料小球安在弹簧的一端，弹簧的另一端固定，小球穿在一根光滑的水平绝缘杆上，如图3-92所示，弹簧与小球绝缘，弹簧质量可不计，整个装置放在水平向右的匀强电场之中，试证明：小球离开平衡位置放开后，小球的运动为简谐运动．（弹簧一直处在弹性限度内）图3-927．有一个长方体形的匀强磁场和匀强电场区域，它的截面为边长Ｌ＝0．20ｍ的正方形，其电场强度为Ｅ＝4×10５Ｖ／ｍ，磁感强度Ｂ＝2×10－2Ｔ，磁场方向垂直纸面向里，当一束质荷比为ｍ／ｑ＝4×10－10ｋｇ／Ｃ的正离子流以一定的速度从电磁场的正方形区域的边界中点射入如图3-93所示，图3-93（1）要使离子流穿过电磁场区域而不发生偏转，电场强度的方向如何?离子流的速度多大?（2）在离电磁场区域右边界0．4ｍ处有与边界平行的平直荧光屏．若撤去电场，离子流击中屏上ａ点，若撤去磁场，离子流击中屏上ｂ点，求ａｂ间距离．8．如图3-94所示，一个初速为零的带正电的粒子经过Ｍ、Ｎ两平行板间电场加速后，从Ｎ板上的孔射出，当带电粒子到达Ｐ点时，长方形ａｂｃｄ区域内出现大小不变、方向垂直于纸面且方向交替变化的匀强磁场．磁感强度Ｂ＝0．4Ｔ．每经ｔ＝（π／4）×10－3ｓ，磁场方向变化一次．粒子到达Ｐ点时出现的磁场方向指向纸外，在Ｑ处有一个静止的中性粒子，Ｐ、Ｑ间距离ｓ＝3ｍ．ＰＱ直线垂直平分ａｂ、ｃｄ．已知Ｄ＝1．6ｍ，带电粒子的荷质比为1．0×10４Ｃ／ｋｇ，重力忽略不计．求图3-94（1）加速电压为220Ｖ时带电粒子能否与中性粒子碰撞?（2）画出它的轨迹．（3）能使带电粒子与中性粒子碰撞，加速电压的最大值是多少?9．在磁感强度Ｂ＝0．5Ｔ的匀强磁场中，有一个正方形金属线圈ａｂｃｄ，边长ｌ＝0．2ｍ，线圈的ａｄ边跟磁场的左侧边界重合，如图3-95所示，线圈的电阻Ｒ＝0．4Ω，用外力使线圈从磁场中运动出来：一次是用力使线圈从左侧边界匀速平动移出磁场；另一次是用力使线圈以ａｄ边为轴，匀速转动出磁场，两次所用时间都是0．1ｓ．试分析计算两次外力对线圈做功之差图3-9510．如图3-97所示的装置，Ｕ1是加速电压，紧靠其右侧的是两块彼此平行的水平金属板，板长为ｌ，两板间距离为ｄ．一个质量为ｍ、带电量为－ｑ的质点，经加速电压加速后沿两金属板中心线以速度ｖ０水平射入两板中，若在两水平金属板间加一电压Ｕ２，当上板为正时，带电质点恰能沿两板中心线射出；当下板为正时，带电质点则射到下板上距板的左端ｌ／4处．为使带电质点经Ｕ１加速后，沿中心线射入两金属板，并能够从两金属之间射出，问：两水平金属板间所加电压应满足什么条件，及电压值的范围．图3-9711．矩形线圈Ｍ、Ｎ材料相同，导线横截面积大小不同，Ｍ粗于Ｎ，Ｍ、Ｎ由同一高度自由下落，同时进入磁感强度为Ｂ的匀强场区（线圈平面与Ｂ垂直如图3-99所示），Ｍ、Ｎ同时离开磁场区，试列式推导说明．图3-9912．匀强电场的场强Ｅ＝2．0×10３Ｖｍ－1，方向水平．电场中有两个带电质点，其质量均为ｍ＝1．0×10－５ｋｇ．质点Ａ带负电，质点Ｂ带正电，电量皆为ｑ＝1．0×10－９Ｃ．开始时，两质点位于同一等势面上，Ａ的初速度ｖＡｏ＝2．0ｍ·ｓ－1，Ｂ的初速度ｖ－1，均沿场强方Ｂｏ＝1．2ｍ·ｓ向．在以后的运动过程中，若用Δｓ表示任一时刻两质点间的水平距离，问当Δｓ的数值在什么范围内，可判断哪个质点在前面（规定图3-100中右方为前），当Δｓ的数值在什么范围内不可判断谁前谁后?图3-10013．如图3-101所示，两根相距为ｄ的足够长的平行金属导轨位于水平的ｘｙ平面内，一端接有阻值为Ｒ的电阻．在ｘ＞0的一侧存在沿竖直方向的均匀磁场，磁感强度Ｂ随ｘ的增大而增大，Ｂ＝ｋｘ，式中的ｋ是一常量，一金属直杆与金属导轨垂直，可在导轨上滑动，当ｔ＝0时位于ｘ＝0处，速度为ｖ０，方向沿ｘ轴的正方向．在运动过程中，有一大小可调节的外力Ｆ作用于金属杆以保持金属杆的加速度恒定，大小为ａ，方向沿ｘ轴的负方向．设除外接的电阻Ｒ外，所有其它电阻都可以忽略．问：图3-101（1）该回路中的感应电流持续的时间多长?（2）当金属杆的速度大小为ｖ０／2时，回路中的感应电动势有多大?（3）若金属杆的质量为ｍ，施加于金属杆上的外力Ｆ与时间ｔ的关系如何?14．如图3-102所示，有一矩形绝缘木板放在。
电磁场与电磁波第四版思考题答案之欧阳学创编
思考题答案2.1点电荷是电荷分布的一种极限情况，可将它看做一个体积很小而电荷密度很的带电小球的极限。
当带电体的尺寸远小于观察点至带电体的距离时，带电体的形状及其在的电荷分布已无关紧要。
就可将带电体所带电荷看成集中称为点电荷。
2.2 常用的电荷分布模型有体电荷、面电荷、线电荷和点电荷；常用的电流分布模型有体电流模型、面电流模型和线电流模型，他们是根据电荷和电流的密度分布来定义的。
2,3点电荷的电场强度与距离r 的平方成反比；电偶极子的电场强度与距离r 的立方成反比。
2.4 表明空间任意一点电场强度的散度与该处的电荷密度有关，静电荷是静电场的通量源。
表明静电场是无旋场。
2.5 高斯定律：通过一个任意闭合曲面的电通量等于该面所包围的所有电量的代数和除以 与闭合面外的电荷无关，ερ/=•∇E 0=⨯∇E即 在电场（电荷）分布具有某些对称性时，可应用高斯定律求解给定电荷分布的电场强度。
2.6 表明穿过任意闭合面的磁感应强度的通量等于0，磁力线是无关尾的闭合线， 表明恒定磁场是有旋场，恒定电流是产生恒定磁场的漩涡源2.7安培环路定理：磁感应强度沿任何闭合回路的线积分等于穿过这个环路所有电流的代数和 倍，即如果电路分布存在某种对称性，则可用该定理求解给定电流分布的磁感应强度。
2.8在电场的作用下出现电介质的极化现象，而极化电荷又产生附加电场2.9单位体积的点偶极矩的矢量和称为极化强度，P 与极化电荷密度的关系为 极化强度P 与极化电荷面的密度2.10电位移矢量定义为 其单位是库伦/平方米 （C/m 2）2.11 在磁场与磁介质相互作用时，外磁场使磁介质中的分子磁矩沿外磁场取向，磁介质被磁化，被磁化的介质要产生附加磁场，从而使原来的磁场分布发生变化，磁介质中的磁感应强度B 可看做真空中传导电流产生的磁感应强度B 0 和磁化电流产生的磁感应强度B ’ 的叠加，即I l d B C 0μ⎰=⋅ 0=⋅∇BJ B 0μ=⨯∇0μP•∇=-p ρn sp e •=P ρE P E D εε=+=0B B B 0'+=2.12 单位体积内分子磁矩的矢量和称为磁化强度；磁化电流体密度与磁化强度：磁化电流面密度与磁化强度：2.13 磁场强度定义为： 国际单位之中，单位是安培/米(A/m)等，不是空间坐标的函数。
电磁学习题 电场部分之欧阳音创编
学号班级姓名成绩第一章真空中的静电场（一）一、选择题1、关于电场强度定义式E=F/q0，指出下列说法中的正确者[ ]。
A．场强E的大小与检验电荷q0的电量成反比；B．对场中某点，检验电荷受力F与q0的比值不因q0而变；C．检验电荷受力F的方向就是欧阳音创编 2021.03.11欧阳音创编 2021.03.11场强E 的方向；D ．若场中某点不放检验电荷q 0，则F =0，从而E =0。
图6-1 2、如图6-1所示，在坐标(a ，0)处放置一点电荷＋q ，在坐标(－a ，0)处放置另一点电荷－q ．P 点是y 轴上的一点，坐标为(0，y )．当y >>a 时，该点场强的大小为[ ]。
A.204y q επ； B. 202y q επ； C. 302y qaεπ； D. 304y qa επ。
3、无限大均匀带电平面电荷面密度为σ，则距离平面d 处一点的电场强度大小为[ ]。
A ．0；B ．02σε； C ．02d σε； D ．04σε。
欧阳音创编 2021.03.114、如图6-2所示，在半径为R 的“无限长”均匀带电圆筒的静电场中，各点的电场强度E 的大小与距轴线的距离r 关系曲线为[ ]。
图6-25、在真空中，有一均匀带电细圆环，半径为R ，电荷线密度为λ，则其圆心处的电场强度为（ ）A 、0ελ；B 、R 02πελ；R rE A R r EB R rECR rE D欧阳音创编 2021.03.11C 、202R πελ； D 、0v/m6、下列哪一说法正确？（ ）A 、电荷在电场中某点受到的电场力很大，该点的电场强度一定很大B 、在某一点电荷附近的一点，如果没有把试验电荷放进去，则这点的电场强度为零C 、电力线上任意一点的切线方向，代表正点电荷在该点处获得的加速度方向D 、如果把质量为m 的点电荷放在一电场中，由静止状态释放，电荷一定沿电场线运动二、填空题欧阳音创编1、两个正点电荷所带电量分别为q 1和q 2,当它们相距r 时，两电荷之间相互作用力为F = ,若q 1+q 2=Q ,欲使两电荷间的作用力最大，则它们所带电量之比q 1:q 2= 。
电磁学第四章答案全之欧阳语创编
第四章习题2、平行板电容器（面积为S,间距为d ）中间两层的厚度各为d 1和d 2（d 1+d 2=d ），介电常数各为1ε和2ε的电介质。
试求：（1）电容C ；（2）当金属板上带电密度为0σ±时，两层介质的分界面上的极化电荷密度'σ；（3）极板间电势差U;（4）两层介质中的电位移D ；解：（1）这个电容器可看成是厚度为d 1和d 2的两个电容器的串联：（2）分界处第一层介质的极化电荷面密度（设与d 1接触的金属板带正电）分界处第二层介质的极化电荷面密度：所以， 21021211εεσεεσσσ+-=+=)('''若与d 1接触的金属板带负电，则21021211εεσεεσσσ+--=+=)('''（3）2101221202010102211εεσεεεεσεεσ)d d (d d d E d E U +=+=+=（4）01101σεε==E D ，02202σεε==E D4、平行板电容器两极板相距3.Ocm ，其间放有一层02.=ε的介电质，位置与厚度如图所示，已知极板上面电荷密度为21101098m /c .-⨯=σ，略去边缘效应，求:(1)极板间各处的P 、E 和D 的值; (2)极板间各处的电势(设正极板处00=U ); (3)画出E-x ，D-x ，U-x 曲线;解：（1）由高斯定理利用对称性，可给出二极板内：2111098m /c .D e -⨯==σ（各区域均相同），在0与1之间01==P ,r ε，m /V DE 20101⨯==ε在1与2之间210000010454112m /c .D)(E )(P ,rr r -⨯=-=-==εεεεεεε，m /V DE r500==εε 在2与3之间，01==P ,r ε，m /V DE 20101⨯==ε（2）0=A V ：0-1区：,x dx E V xD 100=⋅=⎰1-2区：),x x (dx E V xx 1501-=⋅=⎰)x x x ,.x x )x x (V 2111505010050≤≤+=+-=2-3区：),x x (dx E V xx 2100021-==⎰∆题4图6、一平行板电容器两极板相距为d,其间充满了两种介质，介电常数为1ε的介质所占的面积为S 1, 介电常数为2ε的介质所占的面积为S 2。
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第四章习题2、平行板电容器（面积为S,间距为d ）中间两层的厚度各为d 1和d 2（d 1+d 2=d ），介电常数各为1ε和2ε的电介质。
试求：（1）电容C ；（2）当金属板上带电密度为0σ±时，两层介质的分界面上的极化电荷密度'σ；（3）极板间电势差U;（4）两层介质中的电位移D ；解：（1）这个电容器可看成是厚度为d 1和d 2的两个电容器的串联：（2）分界处第一层介质的极化电荷面密度（设与d 1接触的金属板带正电）分界处第二层介质的极化电荷面密度：所以， 21021211εεσεεσσσ+-=+=)('''若与d 1接触的金属板带负电，则21021211εεσεεσσσ+--=+=)('''（3）2101221202010102211εεσεεεεσεεσ)d d (d d d E d E U +=+=+=（4）01101σεε==E D ，02202σεε==E D4、平行板电容器两极板相距3.Ocm ，其间放有一层02.=ε的介电质，位置与厚度如图所示，已知极板上面电荷密度为21101098m /c .-⨯=σ，略去边缘效应，求:(1)极板间各处的P 、E 和D 的值;(2)极板间各处的电势(设正极板处00=U ); (3)画出E-x ，D-x ，U-x 曲线;解：（1）由高斯定理利用对称性，可给出二极板内：2111098m /c .D e -⨯==σ（各区域均相同），在0与1之间01==P ,r ε，m /V DE 20101⨯==ε在1与2之间210000010454112m /c .D)(E )(P ,rr r -⨯=-=-==εεεεεεε，m /V DE r500==εε 在2与3之间，01==P ,r ε，m /V DE 20101⨯==ε（2）0=A V ：0-1区：,x dx E V xD 100==⎰ 1-2区：),x x (dx E V xx 1501-=⋅=⎰)x x x ,.x x )x x (V 2111505010050≤≤+=+-=2-3区：),x x (dx E V xx 2100021-=⋅=⎰∆题4图6、一平行板电容器两极板相距为d,其间充满了两种介质，介电常数为1ε的介质所占的面积为S 1, 介电常数为2ε的介质所占的面积为S 2。
略去边缘效应，求电容C 。
解：电容C 等效为两个电容器的并联：9、在半径为R 的金属球之外有一层半径为'R 的均匀电介质层，设电介质的介电常数为ε，金属球带电荷云为Q ，求： (l)介质层内、外的场强分布： (2)介质层内、外的电势分布；(3)金属球的电势。
解：（1）当R r <时，0=E ，当'R r R <<时，2004r Q E E πεεε==当'R r >时，204r Q E πε=（2）介质层内的电势： （3）金属球的电势：)RR (Q dr rQ dr rQ d E U 'R R RR ''1144402020-+=+==⎰⎰⎰∞∞επεεπεπεε电势12、球形电容器由半径为1R 的导体球和与它同心的导体球壳构成,壳的内半径为2R ，其间有两层均匀电介质，分界面的半径为r ，介电常数分别为1ε和2ε（见图4-27）。
（1）求电容C ；（2）当内球带电Q -时，求各介质表面上极化电荷的面密度e 'σ。
解：（1）设导体球和导体球壳分别带电Q ±，则它们之间的电势差2102121112220220112444212R R r )]r R (R )R r (R [Q dr rQ dr rQ r d E U R rrR R R 1εεπεεεεπεεπε-+-=+=⋅=⎰⎰⎰所以(2)第一层介质的内表面上束缚电荷面密度 介质分界面上束缚电荷面密度第二层介质的外表面上束缚电荷面密度14、圆柱形电容器是由半径为R 1的导线和与它同轴的导体圆筒构成的，圆筒的内半径为R 2，其间充满介电常数为ε的均匀介质（见图4-29）。
设沿轴线单位长度上导线的电荷为λ，圆筒的电荷为-λ，略去边缘效应，求： （1）两极的电势差U ；（2）介质中的电场强度E ，电位移D ，极化强度P （3）介质表面的极化电荷面密度'e σ； （4）电容C （它是真空时电容0C 的多少倍）解：（1）在介质中取与导体同轴的半径为r ，长为l 的柱面为高斯面S ，则120022R R ln D E ;r rD πεελεεπλ===1200222121R R ln d d U R RR R πεελπεελ==⋅=⎰⎰ （2）由（1）已得出 ;r;r0022πεελεεπλ=== 则r r)(E )(P πελεεε2110-=-= （3）介质表面的束缚电荷面密度内表面：21121R )(P n P )R ('ελεσ-=-=⋅=外表面：2221R )(n P )R ('πελεσ-=⋅=（4） 012012022C R R ln lR Rln l UQ C επεεπεελλ==== 20、空气的介电强度为m /V .61003⨯，铜的密度为398cm /g .，铜的原子量为mol /g .7563阿伏加德罗常数123100226-⨯=mol .N A ，金属铜里每个铜原子有一个自由电子，每个电子的电量为C .191061-⨯（1） 问半径为1.0cm 的铜球在空气中最多能带多少电？（2） 铜球所带电量最多时，求它所缺少或多出的电子数与自由电子总数之比；（3） 因导体带电时电荷都在外边面上，当铜球所带电达到最多时，求它所缺少或多出的电子数与表面一层铜原子所具有的电子数之比。
[提示：可认为表面层的厚度为31/n -，n 为原子数密度。
] 解：（1）设最多能带的电量为Q ，由 24R Q E π= 得C .E R Q 82010334-⨯==πε（2）设铜球带电量最多时，它所缺少或多出的电子数为P ，而铜球内自由电子数为N.则131006-⨯=.PN（3）设表面一层铜原子具有的自由滴字数为K ，表面层的体积32331343434nR )R (r V /ππππ∆≈--=-而原子数密度322231048100226756398-⨯=⨯⨯=cm ....n 将n 代入式①得371092--⨯=cm .V ∆，所以 铜球带电最多时，它所缺少或多出的电子数111981012106011033⨯=⨯⨯=--...P 故 61078-⨯=.K /P25、一均匀磁化的磁棒，直径为25mm ，长为75mm ，磁矩为120002m A ⋅，求棒侧表面上的面磁化电流密度。
解：由n M i '⨯=，得侧面上 m /A .lR mv m M i '821033⨯====π 28、一圆柱形永磁铁，直径10mm ，长100mm ，均匀磁化后磁极化强度J=1.20Wb/m 2，求： （1）它两端的磁荷密度； （2）它的磁矩；（3）其中心的磁场强度H 和磁感强度B 。
此外H 和B 的方向关系如何？解：（1）两端的磁荷密度 221m /Wb .J m ==σ （2）设永磁铁的长度为l,则磁矩：2057m A .l S P m m m⋅===μσμ方向和磁极化强度J 的方向一致。
（3）在永磁铁内J H B ,JN H H H H oD'+=-=-=000μμ,其中退磁因子按10=dl查表得002028600==H ,.N D 。
代入数据得： m /A .JN H D4010941⨯-=-=μ T .J H B 1810=+=μH 的方向和相反,的方向和J 相同。
29、详见本章典型例题33、一环形铁芯横截面的直径为4.0mm ，环的平均半径R=15mm ，环上密绕着200匝线圈（见图4-38），当线圈导线通幽25mA 的电流是，铁芯的磁导率300=μ，求通过铁芯横截面的磁通量Φ。
解：与铁芯同心在铁芯内取一半径为r 的圆为环路L ，方向逆时针，则34、详见本章典型例题例4-535、一无穷长圆柱形直导线外包一层磁导率为μ的圆筒形磁介质，导线半径为R t ，磁介质的外半径为R2（见图4-39），导线内有电流I 通过。
（1）求介质内、外的磁场强度和磁感应强度的分布，并画H-r 和B-r 曲线；（2）求介质内、外表面的磁化面电流密度'i ；解：（1）在横截面内分别在导线内外取以导线轴线为中心的圆形回路，应用安培回路定理可得：)(;2121R r R IrH <=π 再由H B 0μμ=得 )R r (;R IrB 12102<=πμ H-r 和B-r 曲线如图4-40和图4-41所示。
图4-40 H-r 曲线 图4-41 B-r 曲线 （2）由 n M i ⨯='得r=R1处： 12)1('R IH M i m πμχ-===r=R2处： 22)1('R IH Mi m πμχ-=-=-= （3）按磁荷观点，,00m m m m m H M J χμμσ===在介质内外表面，H 和表面相切，m H =0，故0=mσ59、一平行板电容器极板面积为S ，间距为d ，电荷为Q ±，将一厚度为d ，介电常数为ε，的均匀电介质插入极板间空隙。
计算：（1）静电能的改变。
（2）电场力对介质板做的功。
解：（1）静电能的改变即静电能减少()SdQ 0221εεε-;(2)电场力对介质板做的功等于静电场的减少，即为()SdQ 0221εεε-60、详见本章典型例题63、球形电容器的内外半径分别1R 为和2R ，电势差为U 。
（1）求电容器所储的静电能。
（2）求电场的能量，比较两个结果。
解：（1）电容器所储的静电能e W =221CU =212210421U R R R R ⋅-⋅πε=1222102R R U R R -πε（2）电场的能量 'e W =dV E V220ε⎰⎰⎰=dr r r Q R R 2220044221ππεε⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎰=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-2102118R R Q πε =12221012122212100212120222488R R U R R R R R R R R R R U R R R R U C -=-⋅⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⋅=-⋅πεπεπεπε计算结果一样，表明储存于电容器中的静电能分布在两极间的电场内64、半径为a 的导体圆柱外面套有一半径为b 的同轴导体预圆筒，长度是l ，其间充满介电常数为ε的均匀介质。
圆柱带电量为Q ，圆筒带电量为-Q ，略去边缘效应。