大学物理答案 练习6--8
大学物理练习册习题及答案6--波动学基础
⼤学物理练习册习题及答案6--波动学基础习题及参考答案第五章波动学基础参考答案思考题5-1把⼀根⼗分长的绳⼦拉成⽔平，⽤⼿握其⼀端，维持拉⼒恒定，使绳端在垂直于绳⼦的⽅向上作简谐振动，则（A ）振动频率越⾼，波长越长；（B ）振动频率越低，波长越长；（C ）振动频率越⾼，波速越⼤；（D ）振动频率越低，波速越⼤。
5-2在下⾯⼏种说法中，正确的说法是（A ）波源不动时，波源的振动周期与波动的周期在数值上是不同的；（B ）波源振动的速度与波速相同；（C ）在波传播⽅向上的任⼆质点振动位相总是⽐波源的位相滞后；（D ）在波传播⽅向上的任⼀质点的振动位相总是⽐波源的位相超前 5-3⼀平⾯简谐波沿ox 正⽅向传播，波动⽅程为010cos 2242t x y ππ??=-+ ?. (SI)该波在t =0.5s 时刻的波形图是（）5-4图⽰为⼀沿x 轴正向传播的平⾯简谐波在t =0时刻的波形，若振动以余弦函数表⽰，且此题各点振动初相取-π到π之间的值，则（）（A ）1点的初位相为φ1=0(m)(A )(m)(m)(B )(C )(D )思考题5-3图思考题5-4图（B ）0点的初位相为φ0=-π/2 （C ）2点的初位相为φ2=0 （D ）3点的初位相为φ3=05-5⼀平⾯简谐波沿x 轴负⽅向传播。
已知x=b 处质点的振动⽅程为[]0cos y A t ωφ=+，波速为u ，则振动⽅程为（）(A)()0cos y A t b x ωφ??=+++??(B)(){}0cos y A t b x ωφ??=-++??(C)(){}0cos y A t x b ωφ??=+-+?? (D)(){}0cos y A t b x u ωφ??=+-+?? 5-6⼀平⾯简谐波，波速u =5m?s -1，t =3s 时刻的波形曲线如图所⽰，则0x =处的振动⽅程为（）（A ）211210cos 22y t ππ-??=?- (SI) （B ）()2210cos y t ππ-=?+ (SI) （C ）211210cos 22y t ππ-??=?+ (SI) （D ）23210cos 2y t ππ-?=-(SI) 5-7⼀平⾯简谐波沿x 轴正⽅向传播，t =0的波形曲线如图所⽰，则P 处质点的振动在t =0时刻的旋转⽮量图是（）5-8当⼀平⾯简谐机械波在弹性媒质中传播时，下述各结论⼀哪个是正确的？（A ）媒质质元的振动动能增⼤时，其弹性势能减少，总机械能守恒；（B ）媒质质元的振动动能和弹性势能都作周期变化，但两者的位相不相同；（C ）媒质质元的振动动能和弹性势能的位相在任⼀时刻都相同，但两者的数值不相等；（D ）媒质质元在其平衡位置处弹性势能最⼤。
大学物理 习题六答案
大学物理习题六答案
《大学物理习题六答案》
在大学物理学习中，习题是学生巩固知识、提高能力的重要途径。
习题六是一
道道考验学生物理知识的难题，下面我们将为大家提供习题六的详细答案。
1. 问题：一个质点在力F=(3x+4)N的作用下，沿x轴正方向运动，力的功率是
多少？
答案：力的功率可以表示为P=Fv，其中v是质点的速度。
根据力的表达式
F=(3x+4)N，我们可以求出力的功率P=3xv+4v。
2. 问题：一个质点在力F=(2x+5)N的作用下，从x=1m到x=3m的位移做功是
多少？
答案：力做功可以表示为W=∫Fdx，其中F是力的大小，dx是位移。
根据力
的表达式F=(2x+5)N，我们可以求出力做功W=∫(2x+5)dx= x^2+5x+C，其中
C是积分常数。
将x=3m和x=1m代入上式，可得力做功W=19J。
3. 问题：一个质点在力F=3N的作用下，从x=0m到x=2m的位移做功是多少？答案：力做功可以表示为W=∫Fdx，其中F是力的大小，dx是位移。
根据力
的表达式F=3N，我们可以求出力做功W=∫3dx=3x+C，其中C是积分常数。
将x=2m和x=0m代入上式，可得力做功W=6J。
通过以上题目的解答，我们不仅可以加深对力、功率、做功的理解，还可以提
高解题的能力和技巧。
希望同学们在学习物理的过程中，能够多多练习习题，
不断提高自己的物理水平。
大学物理第6章习题参考答案
第六章习题解答6-1 解：首先写出S 点的振动方程 若选向上为正方向，则有：0c o s02.001.0ϕ=- 21cos 0-=ϕ,0s i n 00>-=ϕωυA 0sin 0<ϕ 即 πϕ320-=或π34 初始相位 πϕ320-=则 m t y s )32cos(02.0πω-=再建立如图题6-1(a)所示坐标系，坐标原点选在S 点，沿x 轴正向取任一P 点，该点振动位相将落后于S 点，滞后时间为： ux t =∆则该波的波动方程为：m u x t y ⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=πω32)(cos 02.0若坐标原点不选在S 点，如习题6-1图（b ）所示，P 点仍选在S 点右方，则P 点振动落后于S 点的时间为： uL x t -=∆则该波的波方程为：m uL x t y ⎥⎦⎤⎢⎣⎡---=πω32)(cos 02.0若P 点选在S 点左侧，P 点比S 点超前时间为ux L -,如习题6-1图(c)所示，则⎥⎦⎤⎢⎣⎡--+=πω32)(cos 02.0u x L t y⎥⎦⎤⎢⎣⎡---=πω32)(cos 02.0uL x t∴不管P 点在S 点左边还是右边，波动方程为： ⎥⎦⎤⎢⎣⎡---=πω32)(cos 02.0uL x t y6-2 解（1）由习题6-2图可知， 波长 m 8.0=λ 振幅A=0.5m习题6-1图习题6-1图频率 Hz 125Hz 8.0100===λuv周期 s 10813-⨯==vT ππυω2502==（2）平面简谐波标准波动方程为： ⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-=ϕω)(cos u xt A y 由图可知，当t=0,x=0时，y=A=0.5m ，故0=ϕ。
将ϕπωω、、、u v A )2(=代入波动方程，得：m )100(250cos 5.0⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=x t y π(3) x =0.4m 处质点振动方程.⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=)1004.0(250cos 5.0t y π m )250cos(5.0ππ-=t6-3 解（1）由习题6-3图可知，对于O 点，t=0时，y=0，故2πϕ±=再由该列波的传播方向可知，00<υ取 2πϕ=由习题6-3图可知，,40.0m OP ==λ且u=0.08m/s ，则ππλππω52rad/s 40.008.0222====u v rad/s可得O 点振动表达式为：m t y )252cos(04.00ππ+=(2) 已知该波沿x 轴正方向传播，u=0.08m/s,以及O 点振动表达式，波动方程为：m x t y ⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-=2)08.0(52cos 04.0ππ(3) 将40.0==λx 代入上式，即为P 点振动方程：m t y y p ⎥⎦⎤⎢⎣⎡+==ππ2152cos 04.00 (4)习题6-3图中虚线为下一时刻波形，由图可知，a 点向下运动，b 点向上运动。
大学物理6-8单元课后习题答案（详解）
第六章 静电场中的导体与电介质 6 －1 将一个带正电的带电体A 从远处移到一个不带电的导体B 附近，则导体B 的电势将（ ）（A ） 升高 （B ） 降低 （C ） 不会发生变化 （D ） 无法确定 分析与解 不带电的导体B 相对无穷远处为零电势。
由于带正电的带电体A 移到不带电的导体B 附近时，在导体B 的近端感应负电荷；在远端感应正电荷，不带电导体的电势将高于无穷远处，因而正确答案为（A ）。
6 －2 将一带负电的物体M 靠近一不带电的导体N ，在N 的左端感应出正电荷，右端感应出负电荷。
若将导体N 的左端接地（如图所示），则（ ）（A ） N 上的负电荷入地 （B ）N 上的正电荷入地（C ） N 上的所有电荷入地 （D ）N 上所有的感应电荷入地分析与解 导体N 接地表明导体N 为零电势，即与无穷远处等电势，这与导体N 在哪一端接地无关。
因而正确答案为（A ）。
6 －3 如图所示将一个电量为q 的点电荷放在一个半径为R 的不带电的导体球附近，点电荷距导体球球心为d ，参见附图。
设无穷远处为零电势，则在导体球球心O 点有（ ）（A ）d εq V E 0π4,0== （B ）dεq V d εq E 020π4,π4== （C ）0,0==V E（D ）Rεq V d εq E 020π4,π4==分析与解 达到静电平衡时导体内处处各点电场强度为零。
点电荷q 在导 体球表面感应等量异号的感应电荷±q′，导体球表面的感应电荷±q′在球心O 点激发的电势为零，O 点的电势等于点电荷q 在该处激发的电势。
因而正确答案为（A ）。
6 －4 根据电介质中的高斯定理，在电介质中电位移矢量沿任意一个闭合曲面的积分等于这个曲面所包围自由电荷的代数和。
下列推论正确的是( )（A ） 若电位移矢量沿任意一个闭合曲面的积分等于零，曲面内一定没有自由电荷（B ） 若电位移矢量沿任意一个闭合曲面的积分等于零，曲面内电荷的代数和一定等于零（C ） 若电位移矢量沿任意一个闭合曲面的积分不等于零，曲面内一定有极化电荷（D ） 介质中的高斯定律表明电位移矢量仅仅与自由电荷的分布有关 （E ） 介质中的电位移矢量与自由电荷和极化电荷的分布有关分析与解 电位移矢量沿任意一个闭合曲面的通量积分等于零，表明曲面 内自由电荷的代数和等于零；由于电介质会改变自由电荷的空间分布，介质中的电位移矢量与自由电荷与位移电荷的分布有关。
物理学课后练习1-8标准答案
物理学课后练习1-8标准答案1. 答案：根据牛顿第一定律，物体将保持其静止或匀速直线运动的状态，除非有外力作用于它。
因此，物体在没有外力作用的情况下，会保持原来的运动状态。
2. 答案：重力是地球对物体施加的吸引力。
根据牛顿第二定律，物体受到的重力大小等于其质量乘以重力加速度。
重力加速度在地球上约为9.8m/s^2。
3. 答案：动能是物体由于其运动而具有的能量。
动能的大小等于物体的质量乘以速度的平方再除以2。
公式为：KE = 1/2 * m *v^2。
4. 答案：弹性势能是指物体由于被压缩或拉伸而储存的能量。
弹性势能的大小与物体的弹性系数和物体的形变程度有关。
公式为：PE = 1/2 * k * x^2，其中k为弹性系数，x为形变程度。
5. 答案：冲量是力对物体的作用时间的乘积。
冲量等于力在作用时间上的积分，可以表示为冲量等于质量乘以速度变化量。
公式为：I = F * Δt = m * Δv。
6. 答案：功是力对物体的作用所做的功或能量变化。
当力沿物体的运动方向时，功的大小等于力与移动距离的乘积。
公式为：W = F * d * cosθ，其中F为力，d为移动距离，θ为力和物体运动方向的夹角。
7. 答案：机械波是通过介质传播的波动。
机械波的传播需要介质的存在，介质中的粒子通过振动传递能量。
典型的机械波包括声波和水波。
8. 答案：电磁波是由电场和磁场交替产生的波动现象。
电磁波可以在真空中传播，不需要介质的存在。
典型的电磁波包括无线电波、微波、可见光、紫外线、X射线和γ射线。
以上为物理学课后练习1-8的标准答案。
希望对你有帮助！。
大学物理习题答案
大学物理习题答案大学物理习题答案Final revision by standardization team on December 10, 2020.B 班级学号姓名第1章质点运动学1-2 已知质点的运动方程为r i 3j 6k e e t t -=++。
(1)求：自t =0至t =1质点的位移。
(2)求质点的轨迹方程。
解：(1) ()k j i r 630++= ()k j i r 6e 3e 1-1++=质点的位移为()j i r-+-=3e31e ?(2) 由运动方程有t x e =，t y -=e 3， 6=z 消t 得轨迹方程为1=xy 且6=z1-3运动质点在某瞬时位于矢径()y x,r 的端点处，其速度的大小为( D )(A)dt dr (B)dt d r(C)dt d r (D)22+??? ??dt dy dt dx1-5某质点的运动方程为k j i r 251510t t ++-=，求：t =0，1时质点的速度和加速度。
解：由速度和加速度的定义得k j r v t dt d 1015+==， k va 10==dtd 所以 t =0，1时质点的速度和加速度为 015==t jv 11015=+=t kj v 1010,ka ==t1-8 一质点在平面上运动，已知质点的运动方程为j i r 2235t t +=，则该质点所作运动为[ B ](A) 匀速直线运动 (B) 匀变速直线运动 (C) 抛体运动 (D) 一般的曲线运动*1-6一质点沿Ox 轴运动，坐标与时间之间的关系为t t x 233-=(SI)。
则质点在4s 末的瞬时速度为142m ·s -1 ，瞬时加速度为72m ·s -2 ；1s 末到4s 末的位移为 183m ，平均速度为61m ·s -1 ，平均加速度为45m ·s -2。
解题提示：瞬时速度计算dt dxv =，瞬时加速度计算22dtx d a =；位移为()()14x x x -=?，平均速度为()()1414--=x x v ，平均加速度为 ()()1414--=v v a1-11 已知质点沿Ox 轴作直线运动，其瞬时加速度的变化规律为t a x 3=2s m -?。
大学物理学教程第二(马文蔚)练习册答案6第六章 机械波
解：
6-8 图示为平面简谐波在t=0时刻的波形图，此简谐波 的频率为250Hz，且此图中P点的运动方向向上，求： 第 （1）此波的波动方程；（2）距原点7.5m处质点的运 六 动方程与t=0时该点的振动速度。 y/m 章 解： P点的运动方向向上
习 题 分 析
6-8
波向负方向传播
0.10 0.05 O
6-9
六 章 习 题 分 析
解：
xP 0.2 m
O 0.04
P
0.2 0.4 0.6
x/m
2 0.2 y P 0.04cos[ (t ) ]m 5 0.08 2 2 3 0.04cos[ t ] m 5 2 2 x y 0.04cos[ (t ) ]m 5 0.08 2
第 六 章 习 题 分 析
6-7
y15 A cos 100 t 15 cm 2
y5 A cos 100 t 5 cm 2
解：
15 15.5
5 5.5
2 2 波源振动方程： y0 A cos t cm 2 T 2 x 波动方程：
6-11
6-11 平面简谐波的波动方程为：
第 六 章 习 题 分 析
求:(1)t=2.1s时波源及距波源0.10m两处的相位；(2)离 波源0.80m及0.30m两处的相位差。 解：（1）
y 0.08cos 4 t 2 x (SI 制)
t 2.1s, x 0处， 4 2.1 8.4
x t x y A cos[ (t ) ] A cos[ 2 π ( ) ] u T
) 14-3 已知一波动方程为 y 0.05sin(10 t 2 x)(SI ， （1）求波长、频率、波速和周期； （2）说明 x 0 第 六 时方程的意义，并作图表示。
大学物理学(第三版上) 课后习题6答案详解
习题66.1选择题(1)一平面简谐波在弹性媒质中传播，在媒质质元从平衡位置运动到最大位移处的过程中：(A)它的动能转化为势能. (B)它的势能转化为动能.(C)它从相邻的一段质元获得能量其能量逐渐增大.(D)它把自己的能量传给相邻的一段质元，其能量逐渐减小.[答案：D ](2) 某时刻驻波波形曲线如图所示，则a,b 两点位相差是(A)π (B)π/2 (C)5π/4 (D)0[答案：A](3) 设声波在媒质中的传播速度为ｕ，声源的频率为v s ．若声源Ｓ不动，而接收器Ｒ相对于媒质以速度V B 沿着Ｓ、Ｒ连线向着声源Ｓ运动，则位于Ｓ、Ｒ连线中点的质点Ｐ的振动频率为 (A)s v (B)s Bv uV u + (C)s B v V u u + (D) s Bv V u u-[答案：A]6.2填空题(1)频率为100Hz ，传播速度为300m/s 的平面简谐波，波线上两点振动的相位差为π/3，则此两点相距____m 。
[答案：0.5m ](2)一横波的波动方程是))(4.0100(2sin 02.0SI x t y -=π，则振幅是____，波长是____，频率是____，波的传播速度是____。
[答案：0.02;2.5;100;250/m m Hz m s ](3) 设入射波的表达式为])(2cos[1πλνπ++=xt A y ，波在x ＝0处反射，反射点为一固定端，则反射波的表达式为________________，驻波的表达式为____________________，入射波和反射波合成的驻波的波腹所在处的坐标为____________________。
[答案：)(2cos 2λνπxt A y -= ；2cos(2)cos(2)22x A t ππππνλ++ (21)4x k λ=-]6.3产生机械波的条件是什么？两列波叠加产生干涉现象必须满足什么条件？满足什么条件的两列波才能叠加后形成驻波？在什么情况下会出现半波损失？答：产生机械波必须具备两个条件：有作机械振动的物体即波源；有连续的介质。
(完整版)大学物理学(第三版)课后习题答案
1-4 在离水面高h 米的岸上，有人用绳子拉船靠岸，船在离岸S 处，如题1-4图所示．当人以0v (m ·1-s )的速率收绳时，试求船运动的速度和加速度的大小．图1-4解： 设人到船之间绳的长度为l ，此时绳与水面成θ角，由图可知222s h l +=将上式对时间t 求导，得tss t l ld d 2d d 2= 题1-4图根据速度的定义，并注意到l ,s 是随t 减少的， ∴ tsv v t l v d d ,d d 0-==-=船绳 即 θcos d d d d 00v v s l t l s l t s v ==-=-=船 或 sv s h s lv v 02/1220)(+==船 将船v 再对t 求导，即得船的加速度1-6 已知一质点作直线运动，其加速度为 a ＝4+3t 2s m -⋅，开始运动时，x ＝5 m ，v=0，求该质点在t ＝10s 时的速度和位置． 解：∵ t tva 34d d +==分离变量，得 t t v d )34(d +=积分，得 12234c t t v ++= 由题知，0=t ,00=v ,∴01=c故 2234t t v += 又因为 2234d d t t t x v +==分离变量， t t t x d )234(d 2+= 积分得 232212c t t x ++= 由题知 0=t ,50=x ,∴52=c故 521232++=t t x 所以s 10=t 时m70551021102s m 190102310432101210=+⨯+⨯=⋅=⨯+⨯=-x v1-10 以初速度0v ＝201s m -⋅抛出一小球，抛出方向与水平面成幔 60°的夹角，求：(1)球轨道最高点的曲率半径1R ；(2)落地处的曲率半径2R ．(提示：利用曲率半径与法向加速度之间的关系)解：设小球所作抛物线轨道如题1-10图所示．题1-10图 (1)在最高点，o 0160cos v v v x == 21s m 10-⋅==g a n又∵ 1211ρv a n =∴ m1010)60cos 20(22111=︒⨯==n a v ρ(2)在落地点，2002==v v 1s m -⋅,而 o60cos 2⨯=g a n∴ m 8060cos 10)20(22222=︒⨯==n a v ρ1-13 一船以速率1v ＝30km ·h -1沿直线向东行驶，另一小艇在其前方以速率2v ＝40km ·h -1沿直线向北行驶，问在船上看小艇的速度为何?在艇上看船的速度又为何?解：(1)大船看小艇，则有1221v v v ρϖϖ-=，依题意作速度矢量图如题1-13图(a)题1-13图由图可知 1222121h km 50-⋅=+=v v v方向北偏西 ︒===87.3643arctan arctan21v v θ (2)小船看大船，则有2112v v v ρϖϖ-=，依题意作出速度矢量图如题1-13图(b)，同上法，得5012=v 1h km -⋅2-2 一个质量为P 的质点，在光滑的固定斜面（倾角为α）上以初速度0v 运动，0v 的方向与斜面底边的水平线AB 平行，如图所示，求这质点的运动轨道．解: 物体置于斜面上受到重力mg ，斜面支持力N .建立坐标：取0v ϖ方向为X 轴，平行斜面与X 轴垂直方向为Y 轴.如图2-2.题2-2图X 方向： 0=x F t v x 0= ①Y 方向： y y ma mg F ==αsin ②0=t 时 0=y 0=y v2sin 21t g y α=由①、②式消去t ，得220sin 21x g v y ⋅=α 2-4 质点在流体中作直线运动，受与速度成正比的阻力kv (k 为常数)作用，t =0时质点的速度为0v ，证明(1) t 时刻的速度为v ＝t mk ev )(0-；(2) 由0到t 的时间内经过的距离为x ＝(k mv 0)［1-t m ke )(-］；(3)停止运动前经过的距离为)(0kmv ；(4)证明当k m t =时速度减至0v 的e1，式中m 为质点的质量． 答: (1)∵ tvm kv a d d =-=分离变量，得mtk v v d d -=即 ⎰⎰-=vv t mt k v v00d d m kte v v -=ln ln 0∴ tm k ev v -=0(2) ⎰⎰---===tttm k m ke kmv t ev t v x 000)1(d d (3)质点停止运动时速度为零，即t →∞，故有 ⎰∞-=='00d kmv t ev x tm k(4)当t=km时，其速度为 ev e v ev v km m k 0100===-⋅- 即速度减至0v 的e1. 2-10 一颗子弹由枪口射出时速率为10s m -⋅v ，当子弹在枪筒内被加速时，它所受的合力为F =(bt a -)N(b a ,为常数)，其中t 以秒为单位：(1)假设子弹运行到枪口处合力刚好为零，试计算子弹走完枪筒全长所需时间；(2)求子弹所受的冲量．(3)求子弹的质量． 解: (1)由题意，子弹到枪口时，有0)(=-=bt a F ,得ba t =(2)子弹所受的冲量⎰-=-=t bt at t bt a I 0221d )(将bat =代入，得 ba I 22=(3)由动量定理可求得子弹的质量202bv a v I m == 2-13 以铁锤将一铁钉击入木板，设木板对铁钉的阻力与铁钉进入木板内的深度成正比，在铁锤击第一次时，能将小钉击入木板内1 cm ，问击第二次时能击入多深，假定铁锤两次打击铁钉时的速度相同．解: 以木板上界面为坐标原点，向内为y 坐标正向，如题2-13图，则铁钉所受阻力为题2-13图ky f -=第一锤外力的功为1A⎰⎰⎰==-='=ssky ky y f y f A 112d d d ① 式中f '是铁锤作用于钉上的力，f 是木板作用于钉上的力，在0d →t 时，f 'f -=．设第二锤外力的功为2A ，则同理，有⎰-==21222221d y kky y ky A ② 由题意，有2)21(212kmv A A =∆== ③即222122k k ky =- 所以， 22=y于是钉子第二次能进入的深度为cm 414.01212=-=-=∆y y y2-15 一根劲度系数为1k 的轻弹簧A 的下端，挂一根劲度系数为2k 的轻弹簧B ，B 的下端 一重物C ，C 的质量为M ，如题2-15图．求这一系统静止时两弹簧的伸长量之比和弹性势能之比．解: 弹簧B A 、及重物C 受力如题2-15图所示平衡时，有题2-15图Mg F F B A ==又 11x k F A ∆=22x k F B ∆=所以静止时两弹簧伸长量之比为1221k k x x =∆∆ 弹性势能之比为12222211121212k kx k x k E E p p =∆∆= 2-17 由水平桌面、光滑铅直杆、不可伸长的轻绳、轻弹簧、理想滑轮以及质量为1m 和2m 的滑块组成如题2-17图所示装置，弹簧的劲度系数为k ，自然长度等于水平距离BC ，2m 与桌面间的摩擦系数为μ，最初1m 静止于A 点，AB ＝BC ＝h ，绳已拉直，现令滑块落下1m ,求它下落到B 处时的速率．解: 取B 点为重力势能零点，弹簧原长为弹性势能零点，则由功能原理，有])(21[)(21212212l k gh m v m m gh m ∆+-+=-μ 式中l ∆为弹簧在A 点时比原长的伸长量，则h BC AC l )12(-=-=∆联立上述两式，得()()212221122m m khgh m m v +-+-=μ题2-17图2-19 质量为M 的大木块具有半径为R 的四分之一弧形槽，如题2-19图所示．质量为m 的小立方体从曲面的顶端滑下，大木块放在光滑水平面上，二者都作无摩擦的运动，而且都从静止开始，求小木块脱离大木块时的速度．解: m 从M 上下滑的过程中，机械能守恒，以m ，M ，地球为系统，以最低点为重力势能零点，则有222121MV mv mgR +=又下滑过程，动量守恒，以m ,M 为系统则在m 脱离M 瞬间，水平方向有0=-MV mv联立，以上两式，得()M m MgR v +=2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2220)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 q 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 E ϖϖε=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 =2024dq πε,又有人说，因为f =qE ,SqE 0ε=，所以f =Sq 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Sq E 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． 8-5一电偶极子的电矩为l q p ϖϖ=，场点到偶极子中心O 点的距离为r ,矢量r ϖ与l ϖ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 ϖ分解为与r ϖ平行的分量θsin p 和垂直于r ϖ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 -=λε222)(d π4d x a x E E l l P 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 Qλε 方向如题8-6图所示由于对称性⎰=l QxE 0d ，即Q E ϖ只有y 分量，∵ 22222220dd d d π41d ++=x x x E Qyλε 22π4d d ελ⎰==l QyQy E E ⎰-+2223222)d (d l l x x2220d4π2+=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 0RE E x==ϕϕελϕπd cos π4)cos(d d 0RE E y-=-= 积分RR E x 000π2d sin π4ελϕϕελπ==⎰ 0d cos π400=-=⎰ϕϕελπRE y ∴ RE E x0π2ελ==，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PE ϖd方向如图，大小为()4π4cos cos d 22021l r E P +-=εθθλ∵ 22cos 221l r l +=θ12cos cos θθ-=∴ 24π4d 22220l r l l r E P++=ελP E ϖd 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∵ lq 4=λ∴ 2)4(π422220l r l r qrE P++=ε 方向沿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．(xR arctan =α)解: (1)由高斯定理0d εqS E s⎰=⋅ϖϖ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06εq e=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06εqe=Φ对于边长a 的正方形，如果它不包含q 所在的顶点，则24εq e =Φ，如果它包含q 所在顶点则0=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 =[221xR x +-]*关于球冠面积的计算：见题8-9(c)图ααα⎰⋅=0d sin π2r r Sααα⎰⋅=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0d ε∑⎰=⋅qS E s ϖϖ,02π4ε∑=qr E当5=r cm 时，0=∑q ,0=E ϖ8=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⨯≈-=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∑⎰=⋅qS E sϖϖ取同轴圆柱形高斯面，侧面积rl S π2=则 rl E S E Sπ2d =⋅⎰ϖϖ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，两面间， n E ϖϖ)(21210σσε-= 1σ面外， n E ϖϖ)(21210σσε+-= 2σ面外， n E ϖϖ)(21210σσε+= n ϖ：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010=E ϖ，ρ-球在O 点产生电场'dπ4π3430320OO r E ερ=ϖ∴ O 点电场'd 33030OO r E ερ=ϖ；(2) ρ+在O '产生电场'dπ4d 3430301OO E ερπ='ϖρ-球在O '产生电场002='E ϖ∴ O ' 点电场 003ερ='E ϖ'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 ϖ'，相对O 点位矢为r ϖ (如题8-13(b)图)则 03ερrE PO ϖϖ=，3ερr E O P '-='ϖϖ,∴ 0003'3)(3ερερερdOO r r E E E O P PO P ϖϖϖϖϖϖ=='-=+='∴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 ϖ在外场E ϖ中受力矩E p M ϖϖϖ⨯=∴ qlE pE M ==max 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 rq q r r q q r F A εεϖϖ)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)(=-RqR q 0π41ε=O U )3(R qR q -Rq 0π6ε-= ∴ Rqq U U q A o C 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E ϖd 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-2sin π-］ R0π2ελ-=(2) AB 电荷在O 点产生电势，以0=∞U⎰⎰===A B200012ln 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rE 0π2ελ=电子受力大小 re eE F e0π2ελ== ∴ rv mr e 20π2=ελ得 1320105.12π2-⨯==emv 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 ϖ与电势U 的关系U E -∇=ϖ，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 rqU 0π4ε=题 8-20 图∴ 0200π4r r q r r U E ϖϖϖε=∂∂-= 0r ϖ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220π4xR q U +=ε∴ ()i x R qxi x U E ϖϖϖ2/3220π4+=∂∂-=ε(3)偶极子l q pϖϖ=在l r >>处的一点电势 200π4cos ])cos 21(1)cos 2(1[π4r ql llr qU εθθθε=+--=∴ 30π2cos r p r U E rεθ=∂∂-= 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0)(d 32=∆+=⋅⎰S S E sσσϖϖ∴ +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)∵ AB ACU U =，即 ∴ AB AB AC AC E E d d =∴2d d 21===ACABAB AC E E σσ 且 1σ+2σSq A =得 ,32Sq A =σ Sq A 321=σ而 7110232-⨯-=-=-=A Cq S q σCC10172-⨯-=-=S q B σ(2) 301103.2d d ⨯===AC ACAC A E U εσV 8-23 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 qrr q r E U εεϖϖ (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：0π4π42020=-=R q R q U 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0π4'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0=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 q q 43=''∴此时小球1与小球2间相互作用力00220183π483π4"'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 Sq 261==σσSq d U2032-=-=εσσ Sq dU2054+=-=εσσ所以CB 间电场 S qd U E 00422εεσ+==)2d(212d 02Sq 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2U U 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∑⎰=⋅q S D S ϖϖd(1)介质内)(21R r R <<场强 303π4,π4r rQ E r r Q D r εεϖϖϖϖ==内;介质外)(2R r <场强 303π4,π4r rQ E r Qr D εϖϖϖ==外(2)介质外)(2R r >电势 rQE U 0r π4r d ε=⋅=⎰∞ϖϖ外 介质内)(21R r R <<电势2020π4)11(π4R Q R r qr εεε+-=)11(π420R r Qr r -+=εεε (3)金属球的电势 r d r d 221ϖϖϖϖ⋅+⋅=⎰⎰∞R R RE E U 外内⎰⎰∞+=22220π44πdr R R Rr r Qdr r Q εεε)11(π4210R R Qr r-+=εεε 8-28 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 ϖ，真空部分场强为1E ϖ，自由电荷面密度分别为2σ与1σ由∑⎰=⋅0d q S D ϖϖ得 11σ=D ，22σ=D 而 101E D ε=,202E D r εε=d21U E E ==∴r D D εσσ==1212 r d r d ϖϖϖϖ⋅+⋅=⎰⎰∞∞rrE E U 外内题8-28图 题8-29图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 rlD S DS π2d )(=⋅⎰ϖϖ当)(21R r R <<时，Q q =∑ ∴ rlQ D 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 ⎰⎰===211222ln π4π4d d R RV R R l Q rl r Q W W εε(3)电容：∵ CQ 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 U 86)35251(5021=+=+=U U U AB V 8-321C 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W W W -=∆0)22()2121(2221212221C q C q U C U C +-+= 221212U C 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 ϖ在21R r R <<时 301π4r r Q E εϖϖ=3R r >时 302π4r r Q E εϖϖ=∴在21R r R <<区域⎰=21d π4)π4(21222001R R r r rQ W εε ⎰-==21)11(π8π8d 2102202R R R R Q r r Q εε 在3R r >区域⎰∞==32302220021π8d π4)π4(21R R Q r r rQ 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 r Q E εϖϖ=,02=W∴ 4210211001.1)11(π8-⨯=-==R R Q W W ε J(3)电容器电容 )11/(π422102R R QW C -==ε 121049.4-⨯=F习题九9-1 在同一磁感应线上，各点B ϖ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 ϖ的方向? 解: 在同一磁感应线上，各点B ϖ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 ϖ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 ϖ的方向．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 ϖ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 ρϖ=∑⎰==-=⋅0d 021I bc B da B l B abcdμϖϖ∴ 21B B ρϖ=(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 ϖ方向相反，即21B B ρϖ≠.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nI B 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 ϖ·d l ϖ=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 ϖ·d l ϖ=I 0μ这是为什么?解: 我们导出nl B 0μ=内,0=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 0μϖϖ外，与⎰⎰=⋅=⋅Ll l B 0d 0d ϖϖϖ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 ϖ的轴向分量为零，而垂直于轴的圆周方向分量rIB 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 B ϖϖΦWb(2)通过befc 面积2S 的磁通量022=⋅=S B ϖϖΦ(3)通过aefd 面积3S 的磁通量24.0545.03.02cos 5.03.0233=⨯⨯⨯=θ⨯⨯⨯=⋅=S B ϖϖΦWb(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=B ϖ CD产生RIB 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 ϖ方向垂直纸面向里42010102.105.02)05.01.0(2-⨯=⨯+-=πμπμI I B A T(2)设0=B ϖ在2L 外侧距离2L 为r 处 则02)1.0(220=-+rI 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。
大学物理练习册答案6
4 λ = 1 u = 1 300 = 0.0375(m) ∆s = 2π 8ν 81000
T = = 0.001 s) (
1
ν
∆φ = 0
大学物理
4. 已知一平面简谐波沿 轴负向传播 振动周期 已知一平面简谐波沿x轴负向传播 振动周期T=0.5s, 波长 轴负向传播,振动周期 λ=10m,振幅 振幅A=0.1 m . 当t=0时波源振动的位移恰好为正的 振幅 时波源振动的位移恰好为正的 最大值. 若波源处为原点, 最大值 若波源处为原点 则沿波传播方向距离波源为λ/2处 处 的振动方程为y= 的振动方程为 y = 0.1cos(4πt −π); 当t=T/2时, x=λ/4处质点 时 处质点 的振动速度为 −1.26m/s 。 2π ω= = 4π T = 0.5s T 沿x轴负向传播, 且t=0时波源振动的位移恰好为正的最大 值，则该简谐波的波动方程为： y = 0.1cos(4πt +2πxλ)
y = 4cos[π(t − 4x) − ] 2
π
ω = π, A = 4,u = ,ν =
1 4
1 2
大学物理
三、计算题
1. 某质点作简谐振动 周期为2s, 振幅为 某质点作简谐振动,周期为 振幅为0.06m, 开始计时 开始计时(t=0) 周期为 质点恰好处在负向最大位移处, 时, 质点恰好处在负向最大位移处 求 (1)该质点的振动方程 该质点的振动方程; 该质点的振动方程 (2)此振动以速度 此振动以速度u=2m/s沿 x轴正方向传播时 形成的一维简 轴正方向传播时,形成的一维简 此振动以速度 沿 轴正方向传播时 谐波的波动方程 ; (3)该波的波长 该波的波长. 该波的波长 取该质点为坐标原点O. 解：(1)取该质点为坐标原点 取该质点为坐标原点 t=0时刻 时刻
大学物理练习及答案
习题一质点运动学一、选择题：1、根据速度v 的定义，v可表示为（ B 、C 、F 、G ）A 、dt r dB 、dt r dC 、dt dsD 、dt drE 、dt dz dt dy dt dx ++F 、k dt dz j dt dy i dt dx ++G 、21222⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛dt dz dt dy dt dx提示：D 选项dt dr 中的r 要理解为r ，d rdr dt dt=为速度在径向上的投影，速度在横向上的投影未表示出来。
3、能正确表示质点在曲线轨迹上P 点的运动作加速运动的图是（ A ），作减速运动的图是（ B ）A B C D提示：1）法向加速度始终指向轨迹曲线的凹侧！！2）把加速度在切线和法线方向分解，可排除C 和D 。
3）切向加速度和速度同向时质点做加速运动，反之质点做减速运动。
4. 一质点在平面上运动，已知其位置矢量为22rat i bt j =+（其中a 、b 为常数），则该质点作（ B ）（A ）匀速直线运动（B ）匀变速直线运动 （C ）抛物线运动（D ）一般曲线运动提示：22x aty bt ⎧=⎪⎨=⎪⎩y b x a ⇒=b y x a ⇒= 22v ati btj =+22a ai bj C ⇒=+=5. 某物体的运动规律为2dvkv t dt=-，式中k 为常数。
当0t =时，初速为0v ，则v 与t 的函数关系为（ C ）（A ）2012v kt v =+（B ）2012v kt v =-+（C ）201112kt v v =+（D ）201112kt v v =-+ 提示：2dv kv t dt =-2dv ktdt v ⇒=-020v t v dv ktdt v ⇒=-⎰⎰201112kt v v ⇒=+二、填空题1、在oxy 平面内有一运动的质点，其运动方程为10cos(5)10sin(5)r t i t j =+（SI ），则t 时刻其速度v =50sin(5)50cos(5)t it j -+，其切向加速度的大小t a =0, 该质点的运动轨迹是22100x y +=。
(完整版)《大学物理》练习题及参考答案.doc
卡 循 是由两个平衡的 程和两个平衡的等 程 成的
11.如 所示，在E的匀 中，有一个半径
R的半
球面，若E的方向与半球面的 称 平行， 通 个半球面
的 通量大小 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（
）
参看 本P172-173
A .
R2E
B .2 R2E
C.
2 R2E
D. 0
12.一点 荷，放在球形高斯面的中心 ，下列情况中通 高斯面
的速度为200m/s，则子弹受到的冲量为_____________.参看课本P55-56
41.将电荷量为2.0×10-8C的点电荷， 从电场中A点移到B点，电场力做功6.0×10-6J.
则A、B两点的电势差
UAB=__________ __ .
参看课本P181
42.
如图所示，图中
O点的磁感应强度大小
34.一人从10 m深的井中提水，起始 ，桶中装有10 kg的水，桶的 量1 kg，由
于水桶漏水，每升高1m要漏去0. 1 kg的水， 水桶匀速地从井中提到井口，人所作的功
____________．参看 本P70 (2-14)
35.量m、半径R、自 运 周期T的月球，若月球是密度均匀分布的 球体， 其 自 的 量是__________，做自 运 的 能是__________.参看 本
24.下列关于机械振 和机械波的 法正确的是⋯⋯⋯（）参看 本P306
A.点做机械振 ，一定 生机械波
B.波是指波源 点在介 的 播 程
C.波的 播速度也就是波源的振 速度
D.波在介 中的 播 率与波源的振 率相同，而与介 无关
25.在以下矢量 中，属保守力 的是⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（）
A.静B.旋参看 本P180,212,258
大学物理第六章习题解答和分析
6-1频率为Hz 41025.1⨯=ν的平面简谐纵波沿细长的金属棒传播，棒的弹性模量211/1090.1m N E ⨯=，棒的密度33/106.7m Kg ⨯=ρ.求该纵波的波长.分析 纵波在固体中传播，波速由弹性模量与密度决定。
解：波速ρ/E u =,波长νλ/u =0.4m λ==6-2一横波在沿绳子传播时的波方程为：))(5.2cos(04.0SI x t y ππ-= (1)求波的振幅、波速、频率及波长； (2)求绳上的质点振动时的最大速度；(3)分别画出t=1s 和t=2s 的波形，并指出波峰和波谷.画出x=1.0m 处的质点的振动曲线并讨论其与波形图的不同.分析 与标准方程比较即可确定其特征参量。
解：（1）用比较法，由)2cos()5.2cos(04.0x t A x t y λπϕωππ-+=-=得0.04A m = /2 2.5/2 1.25Hz νωπππ=== 2, 2.0m ππλλ== 2.5/u m s λν== （2）0.314/m A m s νω==（3）t=1(s)时波形方程为：)5.2cos(04.01x y ππ-= t=2(s)时波形方程为：)5cos(04.02x y ππ-= x=1(m)处的振动方程为：)5.2cos(04.0ππ-=t y6-3 一简谐波沿x 轴正方向传播，t=T/4时的波形图如题图6－3所示虚线，若各点的振动以余弦函数表示，且各点的振动初相取值区间为（-π，π].求各点的初相.题图6-2分析 由t=T/4时的波形图(图中虚线)和波的传播方向,作出t=0时的波形图。
依旋转矢量法可求t=0时的各点的相位。
解:由t=T/4时的波形图(图中虚线)和波的传播方向,作出 t=0时的波形图(图中实线),依旋转矢量法可知 质点1的初相为π; 质点2的初相为π/2; 质点3的初相为0; 质点4的初相为-π/2.6-4 有一平面谐波在空间传播,如题图6－4所示.已知A 点的振动规律为)t cos(A y ϕ+ω=，就图中给出的四种坐标,分别写出它们波的表达式.并说明这四个表达式中在描写距A 点为b 处的质点的振动规律是否一样?分析 无论何种情况，只需求出任意点x 与已知点的相位差，同时结合相对坐标的传播方向（只考虑相对于坐标方向的正负关系）即可求解波的表达。
大学物理（赵近芳）练习册
⼤学物理（赵近芳）练习册练习1 质点运动学(⼀)班级学号成绩 .1. ⼀质点在平⾯上运动，已知质点位置⽮量的表⽰式为 j bt i at r 22+=（其中a 、b 为常量）,则该质点作(A) 匀速直线运动． (B) 变速直线运动．(C) 抛物线运动． (D)⼀般曲线运动．［］2.⼀质点在平⾯上作⼀般曲线运动，其瞬时速度为v ，瞬时速率为，某⼀时间的平均速度为v ，平均速率为v ，它们之间的关系必定有：（A ）v v v,v == （B ）v v v,v =≠（C ）v v v,v ≠≠ （D ）v v v,v ≠= [ ]3.⼀质点沿直线运动,其运动学⽅程为x = 6 t －t 2 (SI)，则在t 由0⾄4s 的时间间隔，质点的位移⼤⼩为___________，在t 由0到4s 的时间间隔质点⾛过的路程为_______________．4.⼀质点作直线运动，其坐标x 与时间t 的关系曲线如图所⽰．则该质点在第秒瞬时速度为零；在第秒⾄第秒间速度与加速度同⽅向．5. 有⼀质点沿x 轴作直线运动，t 时刻的坐标为x = 4.5 t 2 – 2 t 3 (SI) ．试求：(1) 第2秒的平均速度；(2) 第2秒末的瞬时速度；(3) 第2秒的路程．6. 什么是⽮径？⽮径和对初始位置的位移⽮量之间有何关系？怎样选取坐标原点才能够使两者⼀致？练习2 质点运动学(⼆)班级学号成绩 .1. 质点作曲线运动，r 表⽰位置⽮量，v 表⽰速度，a 表⽰加速度，S 表⽰路程，a t 表⽰切向加速度，下列表达式中，(1) a t = d d /v ， (2) v =t r d d /，(3) v =t d d /S ， (4) t a t =d d /v ．(A) 只有(1)、(4)是对的．(B) 只有(2)、(4)是对的．(C) 只有(2)是对的．(D) 只有(3)是对的．［］2. ⼀物体作如图所⽰的斜抛运动，测得在轨道A 点处速度υ的⼤⼩为，其⽅向与⽔平⽅向夹⾓成30°．则物体在A 点的切向加速度a t =__________________，轨道的曲率半径 =__________________．3.⼀质点从静⽌出发沿半径R =1 m 的圆周运动，其⾓加速度随时间t 的变化规律是=12t 2-6t (SI)，则质点的⾓速 =__________________；切向加速度 a t =_________________．4.当⼀列⽕车以10 m/s 的速率向东⾏驶时，若相对于地⾯竖直下落的⾬滴在列车的窗⼦上形成的⾬迹偏离竖直⽅向30°，则⾬滴相对于地⾯的速率是________________；相对于列车的速率是________________．5. ⼀质点沿x 轴运动，其加速度为a = 4t (SI)，已知t =0时，质点位于x 0=10 m 处，初速度0=0．试求其位置和时间的关系式．6. 如图所⽰，质点P 在⽔平⾯沿⼀半径为R =2 m 的圆轨道转动．转动的⾓速度与时间t 的函数关系为2kt =ω (k 为常量)．已知s t 2=时，质点P 的速度值为32 m/s ．试求1=t s时，质点P 的速度与加速度的⼤⼩．练习3 质点动⼒学(⼀)班级学号成绩 .1.质量分别为m1和m2的两滑块A和B通过⼀轻弹簧⽔平连结后置于⽔平桌⾯上，滑块与桌⾯间的摩擦系数均为，系统在⽔平拉⼒F作⽤下匀速运动，如图所⽰．如突然撤消拉⼒，则刚撤消后瞬间，⼆者的加速度a A和a B分别为(A) a A=0 , a B=0. (B) a A>0 , a B<0.(C) a A<0 , a B>0. (D) a A<0 , a B=0.［］2. 体重、⾝⾼相同的甲⼄两⼈，分别⽤双⼿握住跨过⽆摩擦轻滑轮的绳⼦各⼀端．他们从同⼀⾼度由初速为零向上爬，经过⼀定时间，甲相对绳⼦的速率是⼄相对绳⼦速率的两倍，则到达顶点的情况是(A)甲先到达．(B)⼄先到达．(C)同时到达．(D)谁先到达不能确定．［］3. 分别画出下⾯⼆种情况下，物体A的受⼒图．(1) 物体A放在⽊板B上，被⼀起抛出作斜上抛运动，A始终位于B的上⾯，不计空⽓阻⼒；(2) 物体A的形状是⼀楔形棱柱体，横截⾯为直⾓三⾓形，放在桌⾯C上．把物体B轻轻地放在A的斜⾯上，设A、B间和A与桌⾯C间的摩擦系数皆不为零，A、B系统静⽌．4.质量为m的⼩球，⽤轻绳AB、BC连接，如图，其中AB⽔平．剪断绳AB前后的瞬间，绳BC中的⼒⽐T : T′＝____________．5.如图所⽰，A，B，C三物体，质量分别为M=0.8kg, m=m0=0.1kg，当他们如图a放置时，物体正好做匀速运动。
大学物理 习题六答案
大学物理习题六答案大学物理习题六答案在大学物理学习中，习题是一个非常重要的环节。
通过解答习题，我们可以加深对知识点的理解，提高解决问题的能力。
在这篇文章中，我将为大家提供习题六的答案，并通过解析习题的过程，帮助大家更好地掌握物理知识。
1. 习题六.1题目：一辆汽车以10 m/s的速度匀速行驶了2小时，求汽车行驶的距离。
解答：根据速度的定义，速度等于位移与时间的比值。
由于汽车是匀速行驶的，所以速度保持不变。
因此，汽车行驶的距离等于速度乘以时间。
根据题目中的数据，汽车的速度为10 m/s，时间为2小时，将时间转换为秒，即2小时=2×60×60=7200秒。
所以汽车行驶的距离为10 m/s × 7200 s = 72000 m。
2. 习题六.2题目：一个物体以2 m/s²的加速度做匀加速直线运动，经过3秒后的速度是多少？解答：根据匀加速直线运动的速度公式，速度等于初速度加上加速度乘以时间。
在这个题目中，初速度未知，但我们可以利用题目中的信息推导出来。
根据题目中的数据，加速度为2 m/s²，时间为3秒。
将这些数据代入速度公式中，得到速度为v = 0 + 2 m/s² × 3 s = 6 m/s。
3. 习题六.3题目：一个物体以10 m/s的初速度做匀减速直线运动，经过5秒后速度减小到0，求加速度是多少？解答：根据匀减速直线运动的速度公式，速度等于初速度减去加速度乘以时间。
在这个题目中，初速度为10 m/s，时间为5秒，速度减小到0。
将这些数据代入速度公式中，得到0 = 10 m/s - a m/s² × 5 s。
解这个方程可以得到加速度a = 10 m/s ÷ 5 s = 2 m/s²。
4. 习题六.4题目：一个物体以4 m/s的速度水平抛出，经过2秒后落地，求物体的水平飞行距离。
解答：在水平抛体运动中，水平方向的速度始终保持不变。
大学物理学(第三版上)课后习题6答案详解
习题 66.1 选择题(1) 一平面简谐波在弹性媒质中传播，在媒质质元从平衡位置运动到最大位移 处的过程中：(A) 它的动能转化为势能 . (B) 它的势能转化为动能 . (C)它从相邻的一段质元获得能量其能量逐渐增大 .(D) 它把自己的能量传给相邻的一段质元，其能量逐渐减小 .[ 答案： D](2) 某时刻驻波波形曲线如图所示，则 a,b 两点位相差是(A)π (C)5π/4[ 答案： A](3) 设声波在媒质中的传播速度为ｕ，声源的频率为 v s ．若声源Ｓ不动，而接收器Ｒ相对于媒质以速度 V B 沿着Ｓ、Ｒ连线向着声源Ｓ运动，则位于Ｓ、 Ｒ连线中点的质点Ｐ的振动频率为[ 答案： A]6.2 填空题(1) ______________________ 频率为 100Hz ，传播速度为 300m/s 的平面简谐波，波线上两点振动的相位 差为 π /3，则此两点相距 m 。
[答案： 0.5m ](2)一横波的波动方程是 y 0.02sin2 (100t 0.4x)( SI ) ，则振幅是 ________ ，波长是 ___ ，频率是 __ ，波的传播速度是 __ 。
[ 答案： 0.02m;2.5 m;100 Hz;250 m / s ]x(D)0(A) v s(B)u V B u (C)vsu V B s(D)u u V Bvs(B)π/2(3) 设入射波的表达式为y1 Acos[2 ( t ) ] ，波在x ＝0处反射，反射点为一固定端，则反射波的表达式为__________________ ，驻波的表达式为____________________ ，入射波和反射波合成的驻波的波腹所在处的坐标为x[ 答案：y2 Acos2 ( t ) ；x2 A cos(2 )cos(2 t )22x (2k 1) ]46.3 产生机械波的条件是什么？两列波叠加产生干涉现象必须满足什么条件？满足什么条件的两列波才能叠加后形成驻波？在什么情况下会出现半波损失？答：产生机械波必须具备两个条件：有作机械振动的物体即波源；有连续的介质。
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练习 六知识点：电荷与库仑定律、电场与电场强度、电场线与电通量、高斯定理及其应用一、选择题：1．下列几个说法中，正确的是 （ ） (A)电场中某点场强的方向，就是将点电荷放在该点所受电场力的方向； (B)在以点电荷为中心的球面上，由该点电荷所产生的场强处处相同；(C)场强可由0/E F q = 定出，其中0q 为试验电荷，F为试验电荷所受的电场力；(D)以上三种说法都不正确。
解:(C); (A)不对是因为电场力的方向与点电荷的正负有关; (B)不对是因为场强是矢量’2．在边长为a 的正立方体中心处放置一个电量为q 的点电荷，则正立方体顶角处的电场强度的大小为(A)2012q a επ； (B) 206q a επ； (C) 203q a επ； (D) 20qa επ。
（ ）解:(C), 点电荷的场强大小204rqE πε=,式中r 为立方体中心到顶角的距离2/32/2222a a a r =+= 3．关于高斯定理的理解有下面几种说法，其中正确的是 （ ） (A) 如果高斯面上场强处处为零，则高斯面内必定处处无电荷；(B) 如果高斯面内有净电荷，则通过高斯面的电场强度通量必不为零； (C) 如果高斯面内无电荷，则高斯面上场强处处为零； (D) 以上三种说法均不正确。
解:(B),高斯定理∑⎰⎰=⋅0/εi Sq S d E,E 是高斯面内、外所有电荷共同产生.4．关于高斯定理∑⎰⎰=⋅0/εi Sq S d E ，下列哪个是错误的 （ ）(A) S 表示电场中任意的闭合曲面； (B)q ∑是闭合曲面S 内电荷电量的代数和； (C) E是闭合曲面S 内电荷产生的总电场强度；(D) E是电场中所有电荷产生的总电场强度。
解:(C), E是高斯面内、外所有电荷共同产生.5．一个点电荷，放在球形高斯面的球心处。
下列几种情况中，通过该高斯面的电场强度通量发生变化的是 （ ）(A) 将另一个点电荷放在高斯面外； (B) 将另一个点电荷放进高斯面内；(C) 将高斯面半径增加一倍； (D) 将点电荷从球心处移开，但仍在高斯面内。
解:(B),Φ==⋅∑⎰⎰0/εi Sq S d E,通过该高斯面的电场强度通量与高斯面所包围的电荷有关.6．在边长为a 的正立方体中心有一个电量为q 的点电荷，则通过该立方体任一面的电场强度通量为（ ）(A)0qε； (B)02q ε； (C) 04q ε； (D) 06qε。
解:(D)由高斯定理知通过正立方体六个表面的电通量为0/εq ,通过任一面的电通量为06/εq二、填空题：1．边长为a 的正方形，三个顶点上分别放置电量均为q 的点电荷，则正方形中心处的电场强度大小E = 。
解:1.20202141a q r q E πεπε==, 对角顶点上二个点电荷在正方形中心处场强抵消.2．在电场强度为E的匀强电场中取一个半径为R 的半球面，电场强度的方向与半球面的对称轴平行。
则通过这个半球面的电通量Φ= 。
解:2R E π⋅,根据电场线的连续性,通过半球面底部的电场线必通过半球面.3．如图所示，闭合曲面1S 内有点电荷q ，闭合曲面2S 内没有电荷，闭合曲面3S 内有点电荷q -，则通过这三个闭合曲面的电场强度通量分别为1Φ= ，2Φ= ，3Φ= 。
解:(D)由高斯定理Φ==⋅∑⎰⎰0/εi Sq S d E知03201/,0,/εεq q -=Φ=Φ=Φ4．如图所示，点电荷q 位于正立方体的A 角上，则通过侧面S 的电场强度通量Φ= 。
解: 将A 看成位于边长为图中二倍的正立方体中心,通过该正立方体每个表面的电通量为06/εq ,S 是边长为图中二倍的正立方体一个表面积的4/1,因此024/εq =Φ5*．两块无限大的均匀带电平行平面，其电荷面密度分别为2σ(0σ>)及σ-，如图所示。
则II 区的场强大小E = ，方向 。
解:无限大带电平面两侧电场强度02/εσ=E ,II 区的场强为两带电平面场强的叠加,02/32/2/2εσεσεσ=+=IIE ,方向向左6．地球表面的场强大小为E ，方向指向地球中心。
假设地球的半径为R ，所带电荷均匀分布在地球表面，则地球的总电量Q = 。
解:由高斯定理,/0∑⎰⎰=⋅εi Sq S d EE R Q 024επ-=三、计算题1．如图所示，长为a 的细直线AB 上均匀地分布了线密度为λ的正电荷。
求细直线延长线上与B 端距离为b 的P 点处的电场强度。
1．解：建立x 轴,取线元dx ,其带电dx dq λ=，它在P 点场强大小为 P 201d d 4π()xE a b x λε=+-根据场强的叠加原理,各线元所带电荷dq 在P 点场强方向一致, P 的场强大小为P P 200001d 11d ()4π()4π4π()ax aE E a b x b a b a b b λλλεεε===-=+-++⎰⎰,场强方向沿x 轴正方向. 2．如图所示，半径为R 的带电细圆环，电荷线密度0sin λλθ=（式中0λ为正常数，θ为细圆环半径R 与x 轴的夹角）。
求细圆环中心O 处的电场强度。
2．解：在细圆环上位于θ处取长为d l 的线元，其电量0d d sin d q l R λλθθ==。
d q 在细圆环中心o 处所激发的场强方向如图所示，其大小为0200sin d d d 4π4πq E R R λθθεε==根据场强的叠加原理，细圆环中心o 处场强的分量分别为0cos 4sin cos 2000=-===⎰⎰⎰θθπεθλθπd R dE dE E x xR d R d R dE dE E y y 020002000422cos 14sin 4sin sin πελθθπελθθπεθλθππ-=⎪⎭⎫ ⎝⎛--=-===⎰⎰⎰⎰ 所以，细圆环中心处的场强为004x y E E i E j j Rλε=+=-。
3*．如图所示，一块厚度为a 的无限大带电平板，电荷体密度为(0)kx x a ρ=≤≤，k为正常数，求：（1）平板外两侧任一点1M 、2M 处的场强大小；（2）平板内任一点M处的场强大小；（3）场强最小的点在何处。
3．解:(1)将带电平板分成许多厚度为dx 的薄片,面积为ds 的薄片所带电荷为dxds dq ρ=,电荷面密度为 kxdx dx dsdq===ρσ,x 处厚度为dx 的无限大薄片在1M 、2M 的场强大小0022εεσkxdxdE ==积分可得厚度为a 的无限大带电平板在1M 、2M 的场强大小:02042εεka kxdx E a==⎰(2)设M 点离平板左表面距离为l , M 点两侧导体在M 点产生的场强方向相反I II IIIP1M02020202020004244422εεεεεεεka kl kl ka kl kxdx kxdx E a l l-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=-=⎰⎰ (3).令0420202=-εεka kl 得a l 22= 4．如图所示，内、外半径分别为a 和b 的均匀带电球形壳层，电荷体密度为ρ。
求壳层区域内任一点P处的场强大小。
4．解：场强具有球对称性且方向沿径向。
过P 点作一个半径r 、与带电球形壳层同心的球面作为高斯面S 。
高斯面内的总电量为)3434(33a r qiππρ-=∑对S 面应用高斯定理 ∑⎰⎰=⋅0/εi Sq S d E ，得)3434(43302a r r E ππερπ-=⋅ P 点的场强大小 )(3230ra r E -=⋅ερb r a ≤≤5*．如图所示，电荷体密度为ρ的均匀带电球体中，挖去一个完整的小球体，大球心指向小球心的矢量为a。
求球形空腔内任一点P 处的场强。
5．解：在空腔内任取一点P ，设大球心o 和小球心o '指向P 点的矢量分别为R和r，应用高斯定理可求得大球在P 点产生的场强0321/344ερππR R E =⋅,013ερR E =,013ερRE =应用高斯定理可求得同电荷密度小球在P 点产生的场强0322/344ερππr r E =⋅,023ερr E =,023ερr E=挖去一个小球后P 点的场强:()002133ερερar R E E E=-=-= 6*．半径为R 的带电球体，电荷体密度表达式为2kr ρ=()r R ≤式中，k 为正的常量，r为球体上一点到球心的距离。
求带电球体的总电量和球内任一点P 处的场强大小。
6．解：如图所示，在球内取半径为r 、厚为d r 与带电球体同心的薄球壳.薄球壳的带电量为224d d 4πd 4πq V kr rr kr ρ==⋅= 带电球体的总电量为 454πd 4πd 5Rk Q q kr r R ===⎰⎰设带电球内任一点P 到球心距离为1r ，过P 点作一个与带电球同心的球面作为高斯面S 。
高斯面内的总电量为145104π4πd 5r k q kr r r ==∑⎰ 应用高斯定理得21104πq E r ε⋅=∑，P 点的场强大小311201045qk Er r εε==π∑ 1()r R ≤练习 七知识点：静电场力的功、静电场的环路定理、电势能与电势、电场强度与电势的关系一、选择题1．关于静电场中某点电势的正负，下列说法中正确的是 （ ） (A) 正电荷的电场中，电势总为正值； (B) 负电荷的电场中，电势总为负值； (C) 电势的正负由试验电荷的正负决定； (D) 电势的正负与电势零点的选取有关。
解：(D)某点的电势为场强从该点至势能零点的线积分.2．下列说法中正确的是 （ ） (A) 电势为零的物体一定不带电； (B) 电势为零的地方电场强度也一定为零； (C) 负电荷沿电场线方向移动时，它的电势能增加；(D) 电场中某点电势为正值时，点电荷在该处的电势能也为正值。
解：(C)电势能qV W =,电势沿电场线方向减小;外力作正功时,负电荷才能沿电场线方向移动.3．电场中只有一个电量为q 的点电荷，处于边长为a 的正方形中心处。
取无穷远处为电势零点，则在正方形顶角处的电势为 （ ）(A)202qa επ； (B)； (C) 04qa επ； (D) 0 。
解：(B)点电荷的电势rqV 04πε=,正方形中心到顶角处距离2/2/222a a a r =+=4．半径为a 的均匀带电球面，带电量为q 。
以带电球面上的任一点为电势零点，则无限远处的电势为（ ）(A) 04πq a ε； (B) 08πq a ε； (C) 04πq a ε-； (D) 08πq aε-。
解：(C),无限远处的电势为场强从该点至势能零点的线积分.⎰⎰∞∞=⋅=a a dr r q l d E V 24πε5．如图所示，用电场线表示的电场中，a 和b 是一条电场线上的两个点，则 （ ）(A) a b E E >，a b V V >； (B) a b E E <，a b V V >； (C) a b E E >，a b V V <； (D) a b E E <，a b V V <。