大物练习题
物理大题练习
1.（20分）如图所示，质量为 M 的长板静置在光滑的水平面上，左侧固定一劲度系数为 k 且足够长的水平轻质弹簧，右侧用一根不可伸长的细绳连接于墙上（细绳张紧），细绳所能承受的最大拉力为 T ．让一质量为 m 、初速为v 0的小滑块在长板上无摩擦地对准弹簧水平向左运动．已知弹簧的弹性势能表达式为E P =221kx ,其中x 为弹簧的形变量．试问：( l ）v 0的大小满足什么条件时细绳会被拉断？( 2 ）若v 0足够大，且 v 0已知．在细绳被拉断后，长板所能获得的最大加速度多大？( 3 ）滑块最后离开长板时，相对地面速度恰为零的条件是什么？2.（20分）如图所示，在光滑的水平面上固定有左、右两竖直挡板，挡板间距离足够长，有一质量为M ，长为L 的长木板靠在左侧挡板处，另有一质量为m 的小物块（可视为质点），放置在长木板的左端，已知小物块与长木板间的动摩擦因数为μ，且M ＞m 。
现使小物块和长木板以共同速度v 0向有运动，设长木板与左、右挡板的碰撞中无机械能损失。
试求：（1）将要发生第二次碰撞时，若小物块仍未从长木板上落下，则它应距长木板左端多远？（2）为使小物块不从长木板上落下，板长L 应满足什么条件？ （3）若满足（2）中条件，且M ＝2kg ，m ＝1kg ，v 0＝10m/s ， 试计算整个系统从开始到刚要发生第四次碰撞前损失的机械能。
3.两块长木板A、B的外形完全相同、质量相等，长度均为L＝1m，置于光滑的水平面上．一小物块C，质量也与A、B相等，若以水平初速度v0=2m/s，滑上B木板左端，C恰好能滑到B木板的右端，与B保持相对静止.现在让B静止在水平面上，C置于B的左端，木板A以初速度2v0向左运动与木板B发生碰撞，碰后A、B速度相同，但A、B不粘连．已知C与A、C与B之间的动摩擦因数相同.(g=10m/s2)求:(1)C与B之间的动摩擦因数;(2)物块C最后停在A上何处? 4.（20分）如图所示，为一个实验室模拟货物传送的装置，A是一个表面绝缘质量为1kg的小车，小车置于光滑的水平面上，在小车左端放置一质量为0.1kg带电量为q=1×10-2C的绝缘货柜，现将一质量为0.9kg的货物放在货柜内．在传送途中有一水平电场，可以通过开关控制其有、无及方向．先产生一个方向水平向右，大小E1=3×102N/m的电场，小车和货柜开始运动，作用时间2s后，改变电场，电场大小变为E2=1×102N/m，方向向左，电场作用一段时间后，关闭电场，小车正好到达目的地，货物到达小车的最右端，且小车和货物的速度恰好为零。
大物习题答案1
习 题 一1—1 一质点在平面xOy 内运动，运动方程为x =2t ，2219t y -= (SI)。
(1)求质点的运动轨道；(2)求t =1s 和t =2s 时刻质点的位置矢量；(3)求t =1s 和t =2s 时刻质点的瞬时速度和瞬时加速度；(4)在什么时刻，质点的位置矢量和速度矢量垂直?这时x 、y 分量各为多少?(5)在什么时刻，质点离原点最近?最近距离为多大?[解] 质点的运动方程:t x 2=，2219t y -= (1)消去参数t ，得轨道方程为: 22119x y -= (2)把t=1s 代入运动方程，得j i j i r 172)219(22+=-+=t t 把t =2s 代入运动方程，可得j i j i r 114)2219(222+=⨯-+⨯= (3)由速度、加速度定义式，有4/,0/4/,2/-====-====dt dv a dt dv a t dt dy v dt dx v y y x x y x所以，t 时刻质点的速度和加速度为 j i j i t v v v y x 42-=+= j j i a 4-=+=y x a a所以，t=1s 时，j i v 42-=，j a 4-= t=2s 时，j i v 82-=，j a 4-= (4)当质点的位置矢量和速度矢量垂直时，有 0=⋅v r即 0]42[])219(2[2=-⋅-+j i j i t t t 整理，得 093=-t t解得 3,3;0321-===t t t (舍去) m 19,0,s 011===y x t 时 m 1,m 6,s 322===y x t 时 (5)任一时刻t 质点离原点的距离 222)219()2()(t t t r -+= 令d r/d t =0 可得 t =3所以，t =3s 时，质点离原点最近 r1—2 一粒子按规律59323+--=t t t x 沿x 轴运动，试分别求出该粒子沿x 轴正向运动；沿x 轴负向运动；加速运动，减速运动的时间间隔。
大物习题9
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2220)33(π4130cos π412a q q a q '=︒εε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，求每个小球所带的解: 如题9.4图示⎪⎩⎪⎨⎧===220)sin 2(π41sin cos θεθθl q F T mg T e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 ,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S qE 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 =15.0cm AB 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]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)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 Qyλε22π4d d ελ⎰==lQyQy 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 ==ϕϕελϕπd cos π4)cos(d d 0RE E y -=-=积分RR E x 000π2d sin π4ελϕϕελπ==⎰0d cos π400=-=⎰ϕϕελπRE y∴ 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 ()4π4cos cos d 22021l r E P +-=εθθλ∵ 22cos 221l r l +=θ12cos cos θθ-=∴ 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∑⎰=⋅q S E s,02π4ε∑=q rE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 >=∑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，试求空间各处场解: 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'd π4π3430320OO r E ερ=∴ O 点电场d 33030r 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 '-=' ,∴ 0003'3)(3ερερερdOO r 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 =1.0×10-6C d=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E p M ⨯= ∴ qlE pE M ==max 代入数字4536max 100.2100.1102100.1---⨯=⨯⨯⨯⨯⨯=M m N ⋅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 r r r q q r r q q r F A εε )11(21r r -61055.6-⨯-=J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 点，求移动过程中电场力作的解: 如题9.17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=-=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⎰⎰===AB200012ln 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 O9.19 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rE 0π2ελ=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 4105.1d ⨯==E U V9.21 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)相背的两面上，电荷的面密度总是大小相等而符证: 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0)(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．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2.0mm ．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 σC C10172-⨯-=-=S q B σ(2) 301103.2d d ⨯===AC AC AC A E U εσV9.23两个半径分别为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) (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 R R R qrr 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：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-=+-+-=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：=O U 03π4π4'00=+Rq R q εε得 -='q 3q9.25 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q q 43=''∴ 此时小球1与小球2间相互作用力0022018348342F r πqr π"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 qq F ==ε9.26 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,π4rrQ E r r Q D r εε ==内; 介质外)(2R r <场强303π4,π4rrQ E r Qr D ε ==外 (2)介质外)(2R r >电势rQE U 0rπ4r d ε=⋅=⎰∞ 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 221 ⋅+⋅=⎰⎰∞R R R E E U 外内⎰⎰∞+=22220π44πdr R R Rr r Qdrr Q εεε)11(π4210R R Q r r-+=εεε9.27 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 qS D得11σ=D ，22σ=D而 101E D ε=,202E D r εε=d21UE E == rd r d ⋅+⋅=⎰⎰∞∞rrE E U 外内∴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⎰⎰===211222ln π4π4d d R R VR R l Q rl r Q W W εε (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 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．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0=E在21R r R <<时 301π4r rQ E ε=3R r >时 302π4rrQ E ε=∴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 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30π4rrQ 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 121049.4-⨯=F。
大一物理习题及答案（下）
大学物理练习十一．选择题：1．C 1和C 2两空气电容器串联起来接上电源充电。
然后将电源断开，再把一电介质板插入C 1中，则(A) C 1上电势差减小，C 2上电势差增大。
(B) C 1上电势差减小，C 2上电势差不变。
(C) C 1上电势差增大，C 2上电势差减小。
(D) C 1上电势差增大，C 2上电势差不变。
解∶电源断开意味着电量不变。
由于C 1 放入介质，C 1电容增大，则电势差减小。
[ B ]2．两只电容器，F C F C μμ2,821==，分别把它们充电到1000V ，然后将它们反接（如图所示），此时两极板间的电势差为： (A) 0V (B) 200V(C) 600V (D) 1000V [C ] 解∶311108-⨯==V C Q 库 ，322102-⨯==V C Q 库。
将它们反接321106-⨯=-=Q Q Q 库，3．一个大平行板电容器水平放置，两极板间的一半空间充有各向同性均匀电介质，另一半为空气，如图。
当两极板带上恒定的等量异号电荷时，有一个质量为m 、带电量为+q 的质点，平衡在极板间的空气区域中。
此后，若把电介质抽去，则该质点(A) 保持不动 (B) 向上运动 (C) 向下运动 (D) 是否运动不能确定 [ B ] 解∶原来+q 的质点平衡在极板间的空气区域中，qE m g =故电势差增大，场强E 增大。
电场力大于重力。
4．一球形导体，带电量q ，置于一任意形状的空腔导体中。
当用导线将两者连接后，则与未连接前相比系统静电场能将 (A) 增大 (B) 减小(C) 不变 (D) 如何变化无法确定 [ B ]+Q解∶任意形状的空腔导体中，球形导体带电量q 不变 未连接前腔内、腔外均有电场存在。
只不过连接后电量q 跑到空腔的外表面上，则腔外电场不变。
但腔内电场则为 零了。
故与未连接前相比系统静电场能将减小。
5．用力F 把电容器中的电介质板拉出，在图(a)和图(b)的两种情况下，电容器中储存的静电能量将 (A) 都增加。
大物期末温习
练习一 静电场中的导体三、计算题1. 已知某静电场在xy 平面内的电势函数为U =Cx/(x 2+y 2)3/2,其中C 为常数.求(1)x轴上任意一点,(2)y 轴上任意一点电场强度的大小和方向. 解：. E x =U/x=C [1/(x 2+y 2)3/2+x (3/2)2x /(x 2+y 2)5/2]= (2x2y 2)C /(x 2+y 2)5/2E y =U/y=-Cx (-3/2)2y /(x 2+y 2)5/2=3Cxy /(x 2+y 2)5/2x 轴上点(y =0) E x =2Cx 2/x 5=2C /x 3 E y =0 E =2C i /x 3y 轴上点(x =0) E x =-Cy 2/y 5=-C /y 3 E y =0E =-C i /y 32．如图5.6,一导体球壳A (内外半径别离为R 2,R 3),同心地罩在一接地导体球B (半径为R 1)上,今给A 球带负电-Q , 求B 球所带电荷Q B 及的A 球的电势U A .静电场中的导体答案 解： 2. B 球接地,有 U B =U ∞=0, U A =U BAU A =(-Q+Q B )/(4πε0R 3) U BA =[Q B /(4πε0)](1/R 2-1/R 1)得 Q B =QR 1R 2/( R 1R 2+ R 2R 3- R 1R 3)U A =[Q/(4πε0R 3)][-1+R 1R 2/(R 1R 2+R 2R 3-R 1R 3)]=-Q (R 2-R 1)/[4πε0(R 1R 2+R 2R 3-R 1R 3)]练习二 静电场中的电介质三、计算题1. 如图6.6所示,面积均为S =0.1m 2的两金属平板A ,B 平行对称放置,间距为d =1mm,今给A , B 两板别离带电 Q 1=3.54×10－9C, Q 2=1.77×10－9C.忽略边缘效应,求：(1) 两板共四个表面的面电荷密度 σ1, σ2, σ3, σ4;(2) 两板间的电势差V =U A －U B .解：1. 在A 板体内取一点A , B 板体内取一点B ,它们的电场强度是四个表面的电荷产生的,应为零,有E A =σ1/(2ε0)-σ2/(2ε0)-σ3/(2ε0)-σ4/(2ε0)=0E A =σ1/(2ε0)+σ2/(2ε0)+σ3/(2ε0)-σ4/(2ε0)=0而 S (σ1+σ2)=Q 1 S (σ3+σ4)=Q2图5.6A Q 1图6.62σ1 σ2 σ3 4有 σ1-σ2-σ3-σ4=0σ1+σ2+σ3-σ4=0 σ1+σ2=Q 1/S σ3+σ4=Q 2/S解得 σ1=σ4=(Q 1+Q 2)/(2S )=2.66⨯10-8C/m 2σ2=-σ3=(Q 1-Q 2)/(2S )=0.89⨯10-8C/m 2 两板间的场强 E=σ2/ε0=(Q 1-Q 2)/(2ε0S )V=U A －U B ⎰⋅=BAl E d=Ed=(Q 1-Q 2)d /(2ε0S )=1000V四、证明题1. 如图6.7所示，置于静电场中的一个导体，在静电平稳后，导体表面显现正、负感应电荷.试用静电场的环路定理证明，图中从导体上的正感应电荷动身，终止于同一导体上的负感应电荷的电场线不能存在.解：1. 设在同一导体上有从正感应电荷动身，终止于负感应电荷的电场线.沿电场线ACB 作环路ACBA ,导体内直线BA 的场强为零,ACB 的电场与环路同向于是有=⋅⎰l E d l+⋅⎰ACBl E d ⎰⋅ABl E d 2=⎰⋅ACBl E d ≠0与静电场的环路定理=⋅⎰l E d l0相违抗,故在同一导体上不存在从正感应电荷动身，终止于负感应电荷的电场线.练习三 电容 静电场的能量三、计算题1. 半径为R 1的导体球带电Q ,球外一层半径为R 2相对电容率为εr 的同心均匀介质球壳,其余全数空间为空气.如图7.1所示.求:(1)离球心距离为r 1(r 1<R 1), r 2(R 1<r 1<R 2), r 3(r 1>R 2)处的D 和E ；(2)离球心r 1, r 2, r 3,处的U ；(3)介质球壳内外表面的极化电荷. 解：1. (1)因此电荷与介质均为球对称,电场也球对称,过场点作与金属球同心的球形高斯面,有iSq0d ∑=⋅⎰S D4πr 2D=∑q 0i 当r=5cm <R 1, ∑q 0i =0得 D 1=0, E 1=0 当r=15cm(R 1<r <R 1+d ) ∑q 0i =Q=1.0×10-8C 得 D 2=Q /(4πr 2)=3.54×10-8C/m 2 E 2=Q /(4πε0εr r 2)=7.99×103N/C 当r=25cm(r >R 1+d ) ∑q 0i =Q=1.0×10-8C 得 D 3=Q /(4πr 2)=1.27×10-8C/m 2 E 3=Q /(4πε0r 2)=1.44×104N/C D 和E 的方向沿径向. (2) 当r=5cm <R 1时 U 1=⎰∞⋅rlEd图 7.1⎰=R r r E d1⎰++d RRrE d2⎰∞++dRrE d3=Q/(4πε0εr R)-Q/[4πε0εr(R+d)]+Q/[4πε0(R+d)]=540V当r=15cm<R1时U2=⎰∞⋅r lE d⎰+=d RrrE d2⎰∞++dRrE d3=Q/(4πε0εr r)-Q/[4πε0εr(R+d)]+Q/[4πε0(R+d)]=480V当r=25cm<R1时U3=⎰∞⋅r lE d⎰∞=rrE d3=Q/(4πε0r)=360V(3)在介质的内外表面存在极化电荷,P e=ε0χE=ε0(εr-1)E σ'=P e·nr=R处, 介质表面法线指向球心σ'=P e·n =P e cosπ=-ε0(εr-1)Eq'=σ'S=-ε0(εr-1) [Q/(4πε0εr R2)]4πR2=-(εr-1)Q/εr=-0.8×10-8Cr=R+d处, 介质表面法线向外σ'=P e·n =P e cos0=ε0(εr-1)Eq'=σ'S=ε0(εr-1)[Q/(4πε0εr(R+d)2]4π(R+d)2=(εr-1)Q/εr=0.8×10-8C2.两个相距很远可看做孤立的导体球，半径均为10cm，别离充电至200V和400V，然后用一根细导线连接两球，使之达到等电势. 计算变成等势体的进程中，静电力所作的功.解;2.球形电容器C=4πε0RQ1=C1V1=4πε0RV1 Q2=C2V2=4πε0RV2W0=C1V12/2+C2V22/2=2πε0R (V12+V22)两导体相连后C=C1+C2=8πε0RQ=Q1+Q2= C1V1+C2V2=4πε0R(V1+V2)W=Q2/(2C)= [4πε0R(V1+V2)]2/(16πε0R)=πε0R(V1+V2)2静电力作功A=W0-W=2πε0R (V12+V22)-πε0R(V1+V2)2=πε0R(V1-V2)2=1.11×10-7J练习六磁感应强度毕奥—萨伐尔定律三、计算题1. 如图10.7所示, 一宽为2a的无穷长导体薄片, 沿长度方向的电流I在导体薄片上均匀散布. 求中心轴线OO'上方距导体薄片为a 的磁感强度.解：1.取宽为d x的无穷长电流元d I=I d x/(2a)d B=μ0d I/(2πr)=μ0I d x/(4πar)d B x=d B cosα=[μ0I d x/(4πar)](a/r) =μ0I d x/(4πr2)=μ0I d x/[4π(x2+a2)]rd B y =d B sin α= μ0Ix d x/[4πa (x 2+a 2)]()⎰⎰-+==aax x a x xI B B 2204d d πμ=[μ0I/(4π)](1/a )arctan(x/a )a a-=μ0I/(8a )()⎰⎰-+==aay y ax a xIx B B 2204d d πμ=[μ0I/(8πa )]ln(x 2+a 2)a a-=02. 如图10.8所示，半径为R 的木球上绕有密集的细导线，线圈平面彼此平行，且以单层线圈覆盖住半个球面. 设线圈的总匝数为N ，通过线圈的电流为I . 求球心O 的磁感强度.解：2. 取宽为d L 细圆环电流, d I=I d N=I [N/(πR/2)]R d θ =(2IN/π)d θd B=μ0d Ir 2/[2(r 2+x 2)3/2]r=R sin θ x=R cos θd B=μ0NI sin 2θ d θ /(πR )⎰⎰==πππθθμ20d sin d RNI B B=μ0NI/(4R )练习七 毕奥—萨伐尔定律(续) 磁场的高斯定理三、计算题1.在无穷长直载流导线的右边有面积为S 1和S 2的两个矩形回路, 回路旋转方向如图11.6所示, 两个回路与长直载流导线在同一平面内, 且矩形回路的一边与长直载流导线平行. 求通过两矩形回路的磁通量及通过S 1回路的磁通量与通过S 2回路的磁通量之比.解： 1.取窄条面元d S =b d r , 面元上磁场的大小为B =μ0I /(2πr ), 面元法线与磁场方向相反.有Φ1=⎰-=aabIbdr r I 2002ln 2cos 2πμππμ Φ2=⎰-=aabI bdr r I 42002ln 2cos 2πμππμ Φ1/Φ2=12. 半径为R 的薄圆盘均匀带电，总电量为Q . 令此盘绕通过盘心且垂直盘面的轴线作匀速转动，角速度为ω，求轴线上距盘心x 处的磁感强度的大小和旋转圆盘的磁矩.解;2. 在圆盘上取细圆环电荷元d Q =σ2πr d r , [σ=Q /(πR 2) ],等效电流元为 d I =d Q /T =σ2πr d r/(2π/ω)=σωr d r(1)求磁场, 电流元在中心轴线上激发磁场的方向沿轴线,且与ω同向,大小为图10.8图11.6d B=μ0d Ir2/[2(x2+r2)3/2]=μ0σωr3d r/[2(x2+r2)3/2]()()()⎰⎰++=+=RRx rx r r x r rr B 02322222002/32230d 42d σωμσωμ=()()()⎰+++Rx rx r x r23222222d 4σωμ-()()⎰++Rx rx r x 023222220d 4σωμ=⎪⎪⎭⎫⎝⎛+++RRx r x x r 022202202σωμ =⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-++x x R x R R Q 222222220πωμ (2)求磁距. 电流元的磁矩d P m =d IS=σωr d r πr 2=πσωr 2d r⎰=Rm dr r P 03πσω=πσωR 4/4=ωQR 2/4练习八 安培环路定律三、计算题1. 如图12.5所示，一根半径为R 的无穷长载流直导体，其中电流I 沿轴向流过，并均匀散布在横截面上. 此刻导体上有一半径为R '的圆柱形空腔，其轴与直导体的轴平行，两轴相距为 d . 试求空腔中任意一点的磁感强度.解：1. 此电流能够为是由半径为R 的无穷长圆柱电流I 1和一个同电流密度的反方向的半径为R '的无穷长圆柱电流I 2组成. I 1=J πR 2 I 2=-J πR '2 J =I/[π (R 2-R '2)] 它们在空腔内产生的磁感强度别离为 B 1=μ0r 1J/2 B 2=μ0r 2J/2 方向如图.有B x =B 2sin θ2-B 1sin θ1=(μ0J/2)(r 2sin θ2-r 1sin θ1)=0 B y =B 2cos θ2＋B 1cos θ1=(μ0J/2)(r 2cos θ2＋r 1cos θ1)=(μ0J/2)d 因此 B = B y = μ0dI/[2π(R 2－R '2)] 方向沿y 轴正向2. 设有两无穷大平行载流平面,它们的电流密度均为j ,电流流向相反. 求： (1) 载流平面之间的磁感强度； (2) 两面之外空间的磁感强度.解;2. 两无穷大平行载流平面的截面如图.平面电流在空间产生的磁场为 B 1=μ0J /2 在平面①的上方向右,在平面①的下方向左;电流②在空间产生的磁场为 B 2=μ0J /2 在平面②的上方向左,在平面②的下方向右.(1) 两无穷大电流流在平面之间产生的磁感强度方向都向左,故有 B=B 1+B 2=μ0J (2) 两无穷大电流流在平面之外产生的磁感强度方向相反,故有 B=B 1-B 2=0图12.5I 1 I 2①②练习九 安培力三、计算题1. 一边长a =10cm 的正方形铜导线线圈(铜导线横截面积S =2.00mm 2, 铜的密度ρ=8.90g/cm 3), 放在均匀外磁场中. B 竖直向上, 且B = 9.40⨯10-3T, 线圈中电流为I =10A . 线圈在重力场中 求:(1) 今使线圈平面维持竖直, 那么线圈所受的磁力矩为多少.(2) 假假设线圈能以某一条水平边为轴自由摆动,当线圈平稳时,线圈平面与竖直面夹角为多少. 解：1. (1) P m =IS=Ia 2 方向垂直线圈平面.线圈平面维持竖直,即P m 与B 垂直.有 M m =P m ×BM m =P m B sin(π/2)=Ia 2B=9.4×10－4m ⋅N(2) 平稳即磁力矩与重力矩等值反向 M m =P m B sin(π/2－θ)=Ia 2B cos θ M G = M G 1 + M G 2 + M G 3= mg (a/2)sin θ+ mga sin θ+ mg (a/2)sin θ =2(ρSa )ga sin θ=2ρSa 2g sin θ Ia 2B cos θ=2ρSa 2g sin θ tan θ=IB/(2ρSg )=0.2694 θ=15︒2. 如图13.5所示，半径为R 的半圆线圈ACD 通有电流I 2, 置于电流为I 1的无穷长直线电流的磁场中, 直线电流I 1 恰过半圆的直径, 两导线彼此绝缘. 求半圆线圈受到长直线电流I 1的磁力.解：2.在圆环上取微元 I 2d l = I 2R d θ 该处磁场为B =μ0I 1/(2πR cos θ)I 2d l 与B 垂直,有d F= I 2d lB sin(π/2) d F=μ0I 1I 2d θ/(2πcos θ) d F x =d F cos θ=μ0I 1I 2d θ /(2π) d F y =d F sin θ=μ0I 1I 2sin θd θ /(2πcos θ)⎰-=222102πππθμd I I F x =μ0I 1I 2/2因对称F y =0.故 F =μ0I 1I 2/2 方向向右.练习十 洛仑兹力I图13.5I三、计算题1. 如图14.6所示，有一无穷大平面导体薄板，自下而上均匀通有电流，已知其面电流密度为i (即单位宽度上通有的电流强度)(1) 试求板外空间任一点磁感强度的大小和方向.(2) 有一质量为m ，带正电量为q 的粒子，以速度v 沿平板法线方向向外运动. 假设不计粒子重力.求：(A) 带电粒子最初至少在距板什么位置处才不与大平板碰撞. (B) 需经多长时刻，才能回到初始位置.. 解：1. (1)求磁场.用安培环路定律得 B =μ0i/2在面电流右边B 的方向指向纸面向里,在面电流左侧B 的方向沿纸面向外.(2) F =q v×B=m a qvB=ma n =mv 2/R带电粒子不与平板相撞的条件是粒子运行的圆形轨迹不与平板相交,即带电粒子最初位置与平板的距离应大于轨道半径.R =mv/qB= 2mv/(μ0iq )(3) 经一个周期时刻，粒子回到初始位置.即 t =T=2πR/v= 4πm/(μ0iq )2. 一带电为Q 质量为m 的粒子在均匀磁场中由静止开始下落,磁场的方向(z 轴方向)与重力方向(y 轴方向)垂直,求粒子下落距离为y 时的速度.并讲清求解方式的理论依据.解：2. 洛伦兹力Q v ×B 垂直于v ,不作功,不改变v 的大小；重力作功.依能量守恒有 mv 2/2=mgy ，得 v =(2gy )1/2.练习十一 磁场中的介质三、计算题1. 一厚度为b 的无穷大平板中通有一个方向的电流,平板内各点的电导率为γ,电场强度为E ,方向如图15.6所示,平板的相对磁导率为μr 1,平板双侧充满相对磁导率为μr 2的各向同性的均匀磁介质,试求板内外任意点的磁感应强度.解：1. 设场点距中心面为x ,因磁场面对称 以中心面为对称面过场点取矩形安培环路，有⎰⋅ll H d =ΣI 0 2∆LH=ΣI 0(1) 介质内,0<x <b/2. ΣI 0=2x ∆lJ =2x ∆l γE ,有 H =x γE B =μ0μr 1H=μ0μr 1x γE(2) 介质外,|x |>b/2. ΣI 0=b ∆lJ =b ∆l γE ,有 H =b γE/2 B =μ0μr 2H=μ0μr 2b γE/22. 一根同轴电缆线由半径为R 1的长导线和套在它外面的半径为R 2的同轴薄导体圆筒组成，中间充满磁化率为χm 的各向同性均匀非铁磁绝缘介质，如图15.7所示. 传导电流沿导线向上流去, 由圆筒向下流回，电流在截面上均匀散布.v•图14.6图15.7求介质内外表面的磁化电流的大小及方向. 解：2. 因磁场柱对称 取同轴的圆形安培环路，有 ⎰⋅ll H d =ΣI 0在介质中(R 1<r <R 2)，ΣI 0=I ，有 2πrH = I H = I /(2πr ) 介质内的磁化强度 M =χm H =χm I /(2πr )介质内表面的磁化电流 J SR 1=| M R 1×n R 1|=| M R 1|=χm I /(2πR 1) I SR 1=J SR 1⋅2πR 1=χm I (与I 同向) 介质外表面的磁化电流J SR 2=| M R 2×n R 2|=| M R 2|=χm I /(2πR 2) I SR 2=J SR 2⋅2πR 2=χm I (与I 反向)练习十二 电磁感应定律 动生电动势三、计算题1. 如图17.8所示，长直导线AC 中的电流I 沿导线向上，并以d I /d t = 2 A/s 的转变率均匀增加. 导线周围放一个与之同面的直角三角形线框，其一边与导线平行，位置及线框尺寸如下图. 求此线框中产生的感应电动势的大小和方向.解： 1. 取顺时针为三角形回路电动势正向,得三角形面法线垂直纸面向里.取窄条面积微元 d S =y d x =[(a+b -x )l/b ]d xΦm =⎰⋅S d S B=()⎰+-+⋅ba abldxx b a x I πμ20 =()⎥⎦⎤⎢⎣⎡-++b a b a b a b Il ln 20πμ εi =-d Φm /d t=()dtdIa b a b a b b l ⎥⎦⎤⎢⎣⎡++-ln 20πμ =-5.18×10－8V负号表示逆时针2. 一很长的长方形的U 形导轨，与水平面成θ 角，裸导线可在导轨上无摩擦地下滑，导轨位于磁感强度B 垂直向上的均匀磁场中，如图17.9所示. 设导线ab 的质量为m ，电阻为R ，长度为l ，导轨的电阻略去不计, abcd 形成电路. t=0时，v=0. 求：(1) 导线ab 下滑的速度v 与时刻t 的函数关系; (2) 导线ab 的最大速度v m .解：2. (1) 导线ab 的动生电动势为εi = ⎰l v×B ·d l=vBl sin(π/2+θ)=vBl cos θI i =εi /R = vBl cos θ/R方向由b 到a . 受安培力方向向右,大小为图17.8图17.9F =| ⎰l (I i d l×B )|= vB 2l 2cos θ/RF 在导轨上投影沿导轨向上,大小为F '= F cos θ =vB 2l 2cos 2θ/R重力在导轨上投影沿导轨向下,大小为mg sin θmg sin θ -vB 2l 2cos 2θ/R=ma=m d v /d t dt=d v /[g sin θ -vB 2l 2cos 2θ/(mR )]()[]{}⎰-=vmR l vB g dv t 0222cos sin θθ()()()mR t l B e l B mgR v θθθ222cos 2221cos sin --=(2) 导线ab 的最大速度v m =θθ222cos sin l B mgR .练习十三 感生电动势 自感三、计算题1. 在半径为R 的圆柱形空间中存在着均匀磁场B ,B 的方向与柱的轴线平行.有一长为2R 的金属棒MN 放在磁场外且与圆柱形均匀磁场相切,切点为金属棒的中点,金属棒与磁场B 的轴线垂直.如图18.6所示.设B 随时刻的转变率d B /d t 为大于零的常量.求:棒上感应电动势的大小,并指出哪个端点的电势高.(别离用对感生电场的积分εi =⎰l E i ·d l 和法拉第电磁感应定律εi =－d Φ/d t 两种方式解)..解：(1) 用对感生电场的积分εi =⎰l E i ·d l 解:在棒MN 上取微元d x (-R<x<R ), 该处感生电场大小为E i =[R 2/(2r )](d B/d t )与棒夹角θ知足tan θ=x/Rεi =⎰⋅NMl E i d =⎰NMi x E θcos d=()⎰-⋅RRr R r x t B R 22d d d =⎰-+⋅RR R x xt B R 2232d d d =[R 3(d B/d t )/2](1/R )arctan(x/R )R R-=πR 2(d B/d t )/4因εi =>0,故N 点的电势高. (2) 用法拉第电磁感应定律εi =－d Φ/d t 解: 沿半径作辅助线OM ,ON 组成三角形回路MONM=⎰⋅NMl E i d =⎰⋅-MNlE i d εi图18.6图18.7=-⎢⎣⎡⋅⎰MNl E i d +⎰⋅OM l E i d +⎥⎦⎤⋅⎰N O l E i d =－(－d ΦmMONM /d t ) =d ΦmMONM /d t而 ΦmMONM =⎰⋅Sd S B =πR 2B/4故 εi =πR 2(d B/d t )/4 N 点的电势高.2. 电量Q 均匀散布在半径为a ,长为L (L >>a )的绝缘薄壁长圆筒表面上,圆筒以角速度ω绕中心轴旋转.一半径为2a ,电阻为R 总匝数为N 的圆线骗局在圆筒上,如图18.7所示.假设圆筒转速按ω=ω0(1-t/t 0)的规律(ω0,t 0为已知常数)随时刻线性地减小,求圆线圈中感应电流的大小和流向.解：2. .等效于螺线管B 内=μ0 nI=μ0 [Q ω /(2π)]/L=μ0 Q ω /(2πL )B 外=0Φ=⎰S B ⋅d S=B πa 2=μ0Q ω a 2 /(2 L ) εi =－d Φ/d t=－[μ0Q a 2 /(2 L )]d ω /d t=μ0ω 0Q a 2 /(2 L t 0)I i =εi /R=μ0ω 0Q a 2 /(2 LR t 0)方向与旋转方向一致.练习十四 自感（续）互感 磁场的能量三、计算题1. 两半径为a 的长直导线平行放置,相距为d ,组成同一回路,求其单位长度导线的自感系数L 0. 解：1. 取如下图的坐标,设回路有电流为I ,那么两导线间磁场方向向里,大小为 0≤r ≤a B 1=μ0Ir/(2πa 2)+ μ0I/[2π(d -r )] a ≤r ≤d -a B 2=μ0I/(2πr )+μ0I/[2π(d -r )] d -a ≤r ≤d B 3=μ0I/(2πr )+ μ0I (d -r )/(2πa 2) 取窄条微元d S=l d r ,由Φm =⎰⋅SS B d 得Φml =⎰aa r Irl 0202d πμ+()⎰-a r d r Il 002d πμ +⎰-ad ar r Il πμ2d 0+()⎰--a d ar d rIl πμ2d 0 +⎰-ad ar r Il πμ2d 0+()⎰-a d aa rl r -d I 202d πμ =μ0Il/(4π)+[μ0Il/(2π)]ln[d/(d -a )]+[μ0Il/(2π)]ln[(d -a )/a ] +[μ0Il/(2π)]ln[(d -a )/a ]+[μ0Il/(2π)]ln[d/(d -a )]+μ0Il/(4π)=μ0Il/(2π)+(μ0Il/π)ln(d/a )由L l =Φl /I ,L 0= L l /l=Φl /(Il ).得单位长度导线自感 L 0==μ0l/(2π)+(μ0l/π)ln(d/a )2 内外半径为R 、r 的环形螺旋管截面为长方形,共有N 匝线圈.还有一矩形导线线圈与其套合,如图19.4(1)所示. 其尺寸标在图19.4(2)所示的截面图中,求其互感系数.解：2. 设环形螺旋管电流为I , 那么管内磁场大小为 B =μ0NI/(2πρ) r ≤ρ≤R方向垂直于截面; 管外磁场为零.取窄条微元d S=h d ρ,由Φm =⎰⋅SS B d 得Φm =⎰RrNIh πρρμ2d 0=μ0NIh ln(R/r )/(2π) M =Φm /I ==μ0Nh ln(R/r )/(2π)图19.4(1)。
高三物理大题练习题
高三物理大题练习题一、选择题1. 下列哪个物理量是标量？A. 力B. 速度C. 加速度D. 位移2. 以下哪个公式描述了牛顿第二定律？A. F = maB. F = mvC. F = msD. F = mp3. 下列哪个描述最准确地解释了动量？A. 物体所具有的质量B. 物体所具有的能量C. 物体改变运动状态的能力D. 物体运动的速度4. 以下哪个现象与牛顿第三定律相对应？A. 月球绕地球运动B. 弹簧的伸缩C. 车辆在路上行驶D. 飞机在空中飞行5. 在光的三原色中，红、绿和蓝分别对应于光的什么特性？A. 频率B. 能量C. 波长D. 速度二、填空题1. 物体自由下落的加速度近似等于 __________。
2. 一个球以10 m/s的初速度向上抛出，最高点的速度是__________。
3. 在抛体运动中，抛出速度的大小等于抛体回到地面时的__________。
4. 音速在哪种介质中传播速度最快？ __________。
5. 根据质能方程E = mc^2，其中c代表光速，E代表能量，m代表__________。
三、解答题1. 描述牛顿第一定律。
2. 解释为什么冰上的摩擦力比地面上的小。
3. 列出至少两种能量转换的形式，并给出具体例子。
4. 解释为什么我们可以通过声音来判断物体的位置。
5. 谈谈光的折射现象，并解释为什么折射会发生。
以上为高三物理大题练习题，请您按照题号顺序回答。
祝你好运！。
大物习题10
习题10]10.1选择题(1) 对于安培环路定理的理解，正确的是：（A ）若环流等于零，则在回路L 上必定是H 处处为零； （B ）若环流等于零，则在回路L 上必定不包围电流；（C ）若环流等于零，则在回路L 所包围传导电流的代数和为零； （D ）回路L 上各点的H 仅与回路L 包围的电流有关。
[答案：C](2) 对半径为R 载流为I 的无限长直圆柱体，距轴线r 处的磁感应强度B （） （A ）内外部磁感应强度B 都与r 成正比；（B ）内部磁感应强度B 与r 成正比，外部磁感应强度B 与r 成反比； （C ）内外部磁感应强度B 都与r 成反比；（D ）内部磁感应强度B 与r 成反比，外部磁感应强度B 与r 成正比。
[答案：B](3）质量为m 电量为q 的粒子，以速率v 与均匀磁场B 成θ角射入磁场，轨迹为一螺旋线，若要增大螺距则要（） （A ） 增加磁场B ；（B ）减少磁场B ；（C ）增加θ角；（D ）减少速率v 。
[答案：B](4）一个100匝的圆形线圈，半径为5厘米，通过电流为0.1安，当线圈在1.5T 的磁场中从θ=0的位置转到180度（θ为磁场方向和线圈磁矩方向的夹角）时磁场力做功为（） （A ）0.24J ；（B ）2.4J ；（C ）0.14J ；（D ）14J 。
[答案：A]10.2 填空题(1)边长为a 的正方形导线回路载有电流为I ，则其中心处的磁感应强度 。
[答案：aIπμ220，方向垂直正方形平面](2)计算有限长的直线电流产生的磁场 用毕奥——萨伐尔定律，而 用安培环路定理求得（填能或不能）。
[答案：能, 不能](3)电荷在静电场中沿任一闭合曲线移动一周，电场力做功为 。
电荷在磁场中沿任一闭合曲线移动一周，磁场力做功为 。
[答案：零，正或负或零](4)两个大小相同的螺线管一个有铁心一个没有铁心，当给两个螺线管通以 电流时，管内的磁力线H 分布相同，当把两螺线管放在同一介质中，管内的磁力线H 分布将 。
大学物理力学练习题及答案
大学物理力学练习题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1. 一个物体质量为2kg，受到的力是3N，该物体的加速度大小为多少？A. 0.3 m/s^2B. 1.5 m/s^2C. 6 m/s^2D. 1 N/kg答案：B2. 假设一个物体在重力作用下自由下落，那么它的重力势能和动能之间的关系是？A. 重力势能和动能相等B. 重力势能大于动能C. 重力势能小于动能D. 重力势能减少，动能增加答案：A3. 力的合成是指两个或多个力合并后的结果。
如果两个力大小相等并且方向相反，则它们的合力为A. 0B. 1C. 2D. 无法确定答案：A4. 在一个力的作用下，一个物体做匀速直线运动。
可以推断出物体的状态是A. 静止状态B. 匀速运动状态C. 加速运动状态D. 不能判断答案：B5. 牛顿运动定律中，质量的作用是用来描述物体对力的抵抗程度，质量越大，则物体对力的抵抗越小。
A. 对B. 错答案：B6. 一个物体以20 m/s的速度做匀速圆周运动，周长为40π m，物体的摩擦力大小为F，那么物体受到的拉力大小为多少？A. 0B. FC. 2FD. 4F答案：C7. 一个质量为1 kg的物体向左受到3 N的力，向右受到2 N的力，则该物体的加速度大小为多少？A. 1 m/s^2B. 2 m/s^2C. 3 m/s^2D. 5 m/s^2答案：A8. 弹力是一种常见的力，它的特点是随着物体变形而产生，并且与物体的形状无关。
A. 对B. 错答案：A9. 一个物体受到两个力，力的合力为2 N，其中一个力的大小为1 N，则另一个力的大小为多少？A. 1 NB. 0 NC. -1 ND. 无法确定答案：A10. 在竖直抛体运动过程中，物体的速度在上升过程中逐渐减小，直到达到峰值后开始增大。
A. 对B. 错答案：B二、计算题（每题10分，共40分）1. 一个物体以5 m/s的初速度被一个10 N的力加速，物体质量为2 kg，求物体在2秒后的速度。
大物习题15
eU a = E k max =
1 2 mv m 2
Ua =
3.23 × 10 −19 = 2.0 V 1.6 × 10 −19
c
(3)红限频率 υ 0 ,∴ hυ 0 = A, 又υ 0 =
λ0
∴截止波长
λ0 =
hc 6.63 × 10 −34 × 3 × 10 8 = A 4.2 × 1.60 × 10 −19
ο
= 4.3 × 10 −12 m = 0.043 A
由康普顿散射公式
Δλ = λ − λ 0 =
可得 散射角为
ϕ ϕ 2h sin 2 = 2 × 0.0243 sin 2 m0 c 2 2
sin 2
ϕ
2
=
0.043 − 0.030 = 0.2675 2 × 0.0243
ϕ = 62ο17′
15-12 实验发现基态氢原子可吸收能量为12.75eV 的光子． (1)试问氢原子吸收光子后将被激发到哪个能级? (2)受激发的氢原子向低能级跃迁时，可发出哪几条谱线?请将这些跃迁画在能级图上． 解：(1) − 13.6 eV + 12.75 eV = −0.85 eV = − 解得 或者
对太阳：
T1 =
b
λm
1
2.897 × 10 −3 = = 5.3 × 10 3 K −6 0.55 × 10 = 2.897 × 10 −3 = 8.3 × 10 3 K −6 0.35 × 10 2.897 × 10 −3 = 1.0 × 10 4 K −6 0.29 × 10
对北极星： T2 =
hv 0 + m0 c 2 = hυ + mc 2 E k = mc 2 − m0 c 2 = hυ 0 − hυ = h(υ 0 − υ )
大物电磁学第三章习题静电场中的电介质
第三章 练习题一、选择题1、［ C ］关于D r的高斯定理，下列说法中哪一个是正确的？(A) 高斯面内不包围自由电荷，则面上各点电位移矢量D r为零．(B) 高斯面上D r 处处为零，则面内必不存在自由电荷． (C) 高斯面的D r通量仅与面内自由电荷有关．(D) 以上说法都不正确．2、［ D ］静电场中，关系式 0D E P ε=+r r r(A) 只适用于各向同性线性电介质． (B) 只适用于均匀电介质． (C) 适用于线性电介质． (D) 适用于任何电介质．3、［ B ］一导体球外充满相对介电常量为r ε的均匀电介质，若测得导体表面附近场强为E ，则导体球面上的自由电荷面密度0σ为：(A)0E ε. (B) E ε. (C) r E ε . (D) 0()E εε- .4、［ A ］一平行板电容器中充满相对介电常量为r ε的各向同性的线性电介质．已知介质表面极化电荷面密度为σ'±，则极化电荷在电容器中产生的电场强度的大小为：(A)0σε'． (B) 0r σεε'． (C) 02σε'． (D) rσε'． 5、［ B ］一平行板电容器始终与端电压一定的电源相联．当电容器两极板间为真空时，电场强度为0E r ，电位移为0D r，而当两极板间充满相对介电常量为r ε的各向同性的线性电介质时，电场强度为E r ，电位移为D r，则(A) 00,r E E D D ε==r rr r ． (B) 00,r E E D D ε==r r r r．(C) 00,r r E E D D εε==r r r r ． (D) 00,E E D D ==r r r r．6、 [ C ]一空气平行板电容器，两极板间距为d ，充电后板间电压为U 。
然后将电源断开，在两板间平行地插入一厚度为d/3的与极板等面积的金属板，则板间电压变为（A ）3U . (B)13U . (C) 23U . (D U .7、［ B ］一空气平行板电容器充电后与电源断开，然后在两极板间充满某种各向同性、均匀电介质，则电场强度的大小E 、电容C 、电压U 、电场能量W 四个量各自与充入介质前相比较，增大(↑)或减小(↓)的情形为(A) E ↑，C ↑，U ↑，W ↑． (B) E ↓，C ↑，U ↓，W ↓． (C) E ↓，C ↑，U ↑，W ↓． (D) E ↑，C ↓，U ↓，W ↑．8、［ B ］真空中有“孤立的”均匀带电球体和一“孤立的”的均匀带电球面，如果它们的半径和所带的电荷都相等．则它们的静电能之间的关系是 (A) 球体的静电能等于球面的静电能. (B) 球体的静电能大于球面的静电能. (C) 球体的静电能小于球面的静电能.(D) 球体内的静电能大于球面内的静电能，球体外的静电能小于球面外的静电能． 9、［ B ］如图所示, 一球形导体，带有电荷q ，置于一任意形状的空腔导体中．当用导线将两者连接后，则与未连接前相比系统静电场能量将(A) 增大． (B) 减小． (C) 不变． (D) 如何变化无法确定．10、[ D ]图示为一均匀极化的各向同性电介质圆柱体，已知电极化强度为P ϖ，圆柱体表面上束缚电荷面密度0σ'=的地点是图中的(A) a 点． (B) b 点． (C) c 点． (D) d 点．二、填空题1、分子的正负电荷中心重合的电介质叫做无极分子电介质，在外电场作用下，分子的正负电荷中心发生相对位移，电介质的这种极化形式叫：____ __极化。
大物习题
；。
3．一空气平行板电容器，电容为C，两极板间距离为d。充电后，两极板间相互作用力为F，则两极板间的电势差为______________，极板上的电量为______________。
4．一电容为C的空气平行板电容器，接上电源充电至端电压为V后与电源断开。若把电容器的两个极板的间距增大至原来的3倍，则外力所做的功为。
（3）若外球接地， 和 为多少？（4）若内球接地， 和 为多少？
2．两个同心的薄金属球壳，内、外半径分别为 和 。球壳之间充满两层均匀电介质，其相对电容率分别为 和 ，两层电介质的分界面半径为 。设内球壳带有电荷 ，求电位移、场强分布和两球壳之间的电势差。
3．在极板间距为d的空气平行板电容器中，平行于极板插入一块厚度为 、面积与极板相同的金属板后，其电容为原来电容的多少倍？如果平行插入的是相对电容率为 的与金属板厚度、面积均相同的介质板则又如何？
2．在真空中，电流I由长直导线1沿垂直bc边方向经a点流入一电阻均匀分布的正三角形线框，再由b点沿平行ac边方向流出，经长直导线2返回电源，如图3-4所示。三角形框每边长为l，则在该正三角框中心O点处磁感应强度的大小 。
3．在一根通有电流I的长直导线旁，与之共面地放着一个长、宽各为a和b的矩形线框，线框的长边与载流长直导线平行，且二者相距为b，如图3-5所示。在此情形中，线框内的磁通量 ______________。
2．如图所示，一半径为R的半圆环，右半部均匀带电 ，左半部均匀带电 。问半圆环中心O点的电场强度大小为多少？方向如何？
3．图示为一个均匀带电的球层，其电荷体密度为，球层内表面半径为R1，外表面半径为R2。设无穷远处为电势零点，求该带电系统的场强分布和空腔内任一点的电势。
4．两个带等量异号电荷的均匀带电同心球面，半径分别为 和 。已知两者的电势差为450 V，求内球面上所带的电荷。
《大学物理A1》试练习题及答案
《大学物理A1》试练习题及答案力学部分一、选择题1.某质点作直线运动的运动学方程为x ＝3t -5t 3 + 6 (SI)，则该质点作 DA.匀加速直线运动，加速度沿x 轴正方向．B.匀加速直线运动，加速度沿x 轴负方向．C.变加速直线运动，加速度沿x 轴正方向．D.变加速直线运动，加速度沿x 轴负方向．2.某一滑雪装置，其在水平面上的运动学方程为x ＝3t 2-5(SI)，则该质点作(a=6)AA.匀加速直线运动，加速度沿x 轴正方向．B.匀加速直线运动，加速度沿x 轴负方向．C.匀速直线运动，加速度沿x 轴正方向．D.匀速直线运动，加速度沿x 轴负方向．3.一质点沿x 轴作直线运动，其v -t 曲线如图所示，如t =0时，质点位于坐标原点，则t =4.5 s 时，质点在x 轴上的位置为 B A.5m ． B.2m ．C.0．D.-2 m ． 4.一质点在平面上由静止开始运动，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 BA.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．5.一质点在x 轴上运动，其坐标与时间的变化关系为x =4t-2t 2，式中x 、t 分别以m 、s 为单位，则4秒末质点的速度和加速度为 ( B )A.12m/s 、4m/s 2；B.-12 m/s 、-4 m/s 2 ；C.20 m/s 、4 m/s 2 ；D.-20 m/s 、-4 m/s 2；6.一质点在y 轴上运动，其坐标与时间的变化关系为x =4t 2-2t ，式中x 、t 分别以m 、s 为单位，则2秒末质点的速度和加速度为 ( B )A.14m/s 、-8m/s 2；B.-14 m/s 、-4 m/s 2 ；C.14 m/s 、8m/s 2 ；D.-14 m/s 、-8 m/s 2；7.下列哪一种说法是正确的 C -12A.运动物体加速度越大，速度越快B.作直线运动的物体，加速度越来越小，速度也越来越小C.切向加速度为正值时，质点运动加快D.法向加速度越大，质点运动的法向速度变化越快8.下列哪一个实例中物体和地球构成的系统的机械能不守恒? CA.物体作圆锥摆运动．B.抛出的铁饼作斜抛运动（不计空气阻力）．C.物体在拉力作用下沿光滑斜面匀速上升．D.物体在光滑斜面上自由滑下． 9．用水平压力F 把一个物体压着靠在粗糙的竖直墙面上保持静止．当F 逐渐增大时，物体所受的静摩擦力f BA.恒为零．B.不为零，但保持不变．C.随F 成正比地增大．D.开始随F 增大，达到某一最大值后，就保持不变10.谐振动过程中，动能和势能相等的位置的位移等于 A.4A ± B. 2A ± C. 23A ± D. 22A ± 11.质量为20 g 的子弹沿X 轴正向以 500 m/s 的速率射入一木块后，与木块一起仍沿X 轴正向以50 m/s 的速率前进，在此过程中木块所受冲量的大小为 AA.9 N·s . B .-9 N·s ．C.10 N·s ．D.-10 N·s ．12.一质点作匀速率圆周运动时 CA.它的动量不变，对圆心的角动量也不变。
大物习题课练习1
E Ⅱ
EⅢ
I 有 电场的分布为： 由 E 0 Q 在Ⅰ区， EⅠ 方向向左 2 0 S Q 在Ⅱ区， EⅡ 方向向右 2 0 S Q 在Ⅲ区， E Ⅲ 方向向右 2 0 S
Ⅱ
II I
Q Q E1 E2 20 2S 20 2S
1 2 3 4
（2）如果把第二块金属板接地 ，其右表面上的电荷就会分散到 地球表面上，所以
R
4
B
14.一半径为R的无限长半圆柱面导体，其上电流与其轴 线上一无限长直导线的电流等值反向。电流I在半圆柱面 上均匀分布。(1)求轴线上导线单位长度所受的力；(2)若 将另一无限长直导线(通有大小、方向与半圆柱面相同的 电流I)代替圆柱面，产生同样的作用力，该导线应放在 何处？ 解：(1)在半圆柱面上沿母线取宽为dl dl 的窄条，其电流 d dI I I R dI dl d x R 它在轴线上一点产生的 I dB I 磁感应强度: y
qH e
qO 2e
1 m H mO 16
1 2 mH vH eU 2 1 1 2 2 m H v H mO v O 2 4
1 2 mO v O 2eU 2
vH mO 2 2 vO 2mH
3. 求无限长均匀带电圆柱面的电场强度（轴对称） 已知：线电荷密度
R + + + + + + + S + + +
对称性分析：E 垂直柱面
选取闭合的柱型高斯面
rR
s ( 柱）
E ds
s ( 上底）
E ds
E ds 0
S
s ( 下底）
大物习题
第一次 质点运动学、牛顿运动定律一、 选择题1．瞬时速度 v 的大小 v可以用下列哪个式子来表示： [ ]A ．dt drB ．dt r dC ． dt r dD ． 222⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛dt dz dt dy dt dx2．一质点沿X 轴作直线运动，其v-t 曲线如图所示，t ＝0时，质点于坐标原点，则t ＝4.5s 时质点在X 轴上位置为： ［ ］A .0mB .5mC .-2mD .2m3. 质点作曲线运动,r (x,y)表示位置矢量，S 表示路程，下列表达式正确是：［ ］A.（1、2、4）B.（3、4、5）C.（1、3、6）D.（2、5、6）1.dv a dt τ=；2.dt dr ＝υ；3.dt ds ＝υ；4.dv a dt =；5.22d r a dt =；6.222dv v dt R ⎛⎫⎛⎫+ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭＝a 4．下列说法中正确的是：[ ]A ．物体在作曲线运动时，有可能在某时刻的法向加速度为零．B ．斜上抛物体，在最高点处的速度最小，加速度最大．C ．不管加速度如何，平均速率表达式总可以写成：2/)(21v v v +=．D ．物体运动加速度的大小越大，则速率越大．5．某质点作直线运动的运动学方程为3356x t t=-+ (SI)，则该质点作 [ ]A ．匀加速直线运动，加速度沿x 轴正方向．B ．匀加速直线运动，加速度沿x 轴负方向．C ．变加速直线运动，加速度沿x 轴正方向．D ．变加速直线运动，加速度沿x 轴负方向．6. 一个原来静止的小球受到图示的两个力的作用，设力的作用时间为5秒，问下列哪种情况下小球最终获得的速率最大。
[ ]A ．N F 8F ,6N 21==；B ．N F 8F 21== ；C ．N F 8F ,021==D ．0F ,6N 21==F .7．用细绳系一小球使之于竖直平面内做圆周运动。
下面说法正确的是[ ]A ．小球在任意位置都有切向加速度;B ．小球在任意位置都有法向加速度;C ．小球在任意位置绳子拉力和重力合力是惯性离心力的反作用力;D ．小球运动到最高点时将受到重力、拉力和离心力的作用.二、填空题1． 质点以速度 )/( 3 2s m t t v +=沿 X 轴做直线运动， 2 s t =时，质点位于 5 m x =处，则该质点的运动学方程为：_____________________-______。
大物习题
选择1、对质点系有下列几种说法：（1）质点系总动量的改变与内力无关；（2）质点系的总动能与内力无关；（3）质点系机械能的改变与保守内力无关。
对于这些说法，下述结论中正确的是（B）B、只有（1）、（3）是正确的2、对质点系的动量和机械能有下述三种说法。
（1）不受外力作用的系统，它的动量和机械能必然同时守恒；（2）内力是保守力的系统，当所受的合外力为零时，其机械能必然守恒；（3）只有保守内力而无外力作用的系统，它的动量和机械能必然守恒。
对于这些说法，下列结论中正确的是（C）C、只有（3）是正确的3、一力学系统由两个质点组成，它们之间只有引力作用。
若两质点所受外力的矢量和为零，则此系统中（C）C、动量守恒，但机械能和对一固定点的角动量是否守恒还不能断定4、关于角动量有以下四种说法，其中正确的是（B）B、一质点做直线运动，相对于直线上的任一点，质点的角动量一定为零5、一个人站在旋转平台的中央，两臂侧平举，整个系统以2πrad/s的角速度旋转，转动惯量为6.0kg·m平方；如果将两臂收回，该系统的转动惯量变为2.0kg·m平方。
此时系统的转动动能与原来的转动动能之比为（C）C、36、对一绕固定水平O轴匀速转动的转盘，沿如图所示的同一水平直线从相反方向射入两粒质量相同、速率相等的子弹，并留在盘中。
则子弹射入后的转盘的角速度应（B）B、减小第9页7、均匀细棒OA可绕通过其一端O而与棒垂直的水平固定光滑轴转动，如图所示。
今使棒从水平位置由静止开始下落。
在棒摆动到竖直位置的过程中，应有（A）A、角速度从小到大，角加速度从大到小8、关于力矩有以下几种说法，其中正确的是（B）B、作用力和反作用力对同一轴的力矩之和必为零9、在相对论的时空观中，以下的判断哪一个是正确的（C）C、在一个惯性系中，两个同时又同地的事件，在另一惯性系中一定同时又同地10、根据狭义相对论观点，下列说法正确的是（C）C、如果光速是无限大，同时的相对性就不会存在了11、根据狭义相对论，有下列几种说法:（1）所有惯性系统对物理基本规律都是等价的；（2）在真空中，光的速度与光的频率、光源的运动状态无关；（3）在任何惯性系中，光在真空中沿任何方向的传播速度都相同。
大物练习题
e2 4pe0r 2
— —
R1 O
r
—
R2
— —
—
两金属圆筒间的电势差为
U Edr ln R2
2 0 R1
—
电子作圆周运动，必有
eE m v 2 eU / ln R2
rr
R1
由上式得
U mv2 ln R2 35.5V e R1
练习14. 如图所示,在静电实验装置中，有一均匀带电圆环,内外半 径分别为R1 0.4m，R2 0.8m，总电量为q -6107 C。现有一电 子沿轴线从无限远处射向带负电的圆环。欲使电子能穿过圆环,它 的初始动能至少多大?
=
me
v2 r
v=
e 4pe0mer
M
=
BIS
=
B
ve 2pr
pr 2
=
Ber 2
v
M = 1 Be2 4
r
pe 0
me
练习2. 1、2是两个完全相同的空气电容器，将其充Байду номын сангаас后与电
源断开，再将一块各向同性均匀电介质插入电容器1的两极板
间，则电容器2的电压U2 将 大、减小或不变）
，电场能量W2 将
。（填增
减少
练习13.如图所示，将半径分别为R1=5cm和R2=10cm的两个很长 的共轴金属圆筒分别连接到直流电源的两极上。今使一电子
大物质点运动学习题
班级 姓名 学号第一章 质点运动学一 、填空题1．一质点作半径为1.0 m 的圆周运动，它通过的弧长s 按规律 s = t + 2 t 2 变化。
则它在2 s 末的切向加速度为 m/s 2。
法向加速度为 m/s 2。
2．一质点沿x 轴作直线运动，运动方程为324t t x -=，则1 s 末到3 s 末的位移为 m 。
则1 s 末到3 s 末的平均速度为 m/s 。
3．已知质点的运动方程为j t t i t t r)314()2125(32++-+=（SI ），当t = 2 s 时，质点的速度为υ m/s ， 质点的加速度=am/s 24．一质点的运动方程为 262t t x +=（SI ），质点在4 s 时的速度大小为 m/s 。
加速度大小为 m/s 25．一质点沿半径R = 1 m 的圆周运动，其路程与时间的关系为 222t s +=（m ），那么，从开始 计时到总加速度a 恰好与半径成45°角时，质点所经过的路程s = m 。
6．一质点在半径为0.20 m 的圆周上运动，其角位置为256t +=θ（SI ），则t = 2.0 s 时质点的速度的大小 v = m/s 。
质点的切向加速度大小为 m /s 2。
质点的法向加速度大小为 m /s 2。
质点的加速度的大小 a = m/s 2。
7．在xoy 平面内有一运动的质点，其运动方程为 j t i t r5sin 105cos 10+=（SI ），则该质点运动的轨迹方程是 。
8．一质点作平面曲线运动，运动方程为 )()(2m j t i t t r+=，在 t = 1s 时质点的切向加速度a t = m/s 2 ； 在 t = 1s 时质点的法向加速度a n = m/s 2。
9．质点沿半径为R 的圆周运动，运动方程223t +=θ（SI ），则t 时刻质点的法向加速度a n = m/s 2； t 时刻质点的角加速度β= rad/s 2。
大学物理静电场练习题带答案
大物练习题（一）1、如图，在电荷体密度为ρ的均匀带电球体中，存在一个球形空腔，若将带电体球心O指向球形空腔球心O'的矢量用a表示。
试证明球形空腔中任一点电场强度为 .A、3ρεa B、ρεaC、2ρεa D、3ρεa2、如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A、2πRλε- B、πRλε-C、00ln22π4λλεε+ D、00ln2π2λλεε+3、 如图所示，一导体球半径为1R ,外罩一半径为2R 的同心薄导体球壳, 外球壳所带总电荷为Q ,而内球的电势为0V ，求导体球和球壳之间的电势差 （填写A 、B 、C 或D ，从下面的选项中选取）。
A 、1020214R Q V R R πε⎛⎫⎛⎫-- ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭ B 、102024R Q V R R πε⎛⎫- ⎪⎝⎭C 、0024Q V R πε- D 、1020214R Q V R R πε⎛⎫⎛⎫+-⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭4.如图所示，电荷面密度为1σ的带电无限大板A 旁边有一带电导体B ，今测得导体表面靠近P 点处的电荷面密度为2σ。
求：（1）P 点处的场强 ；（2）导体表面靠近P 点处的电荷元S ∆2σ所受的电场力 。
A 、20σεB 、202σεC 、2202S σε∆D 、220S σε∆5．如图，在一带电量为Q 的导体球外，同心地包有一各向同性均匀电介质球壳，其相对电容率为r ε，壳外是真空，则在壳外P 点处(OP r =)的场强和电位移的大小分别为［ ］Q Opr（A ）2200,44r Q QE D rr εεε==ππ； （B ）22,44r Q QE D r r ε==ππ； （C ）220,44Q QE D r r ε==ππ； （D ）2200,44Q QE D r r εε==ππ。
6、在一点电荷产生的静电场中，一块电介质如图放置，以点电荷所在处为球心作一球形闭合面，则对此球形闭合面： （A ）高斯定理成立，且可用它求出闭合面上各点的场强；（B ）高斯定理成立，但不能用它求出闭合面上各点的场强； （C ）由于电介质不对称分布，高斯定理不成立； （D ）即使电介质对称分布，高斯定理也不成立。
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第十一章真空中的静电场1．如图所示，真空中一长为L的均匀带电细直杆，电荷为q，试求在直杆延长线上距杆的一端距离为d的P点的电场强度．LP2.一个点电荷位于一边长为a的立方体高斯面中心，则通过此高斯面的电通量为ˍˍˍ，通过立方体一面的电场强度通量是ˍˍˍ，如果此电荷移到立方体的一个角上，这时通过（1）包括电荷所在顶角的三个面的每个面电通量是ˍˍˍ，（2）另外三个面每个面的电通量是ˍˍˍ。
3.在场强为E的均匀静电场中，取一半球面，其半径为R，E的方向和半球的轴平行，可求得通过这个半球面的E通量是（）A．ER2π B.R22πC. ER22π D. ER221π4．根据高斯定理的数学表达式⎰∑⋅=SqSE/dε可知下述各种说法中，正确的是（）(A) 闭合面内的电荷代数和为零时，闭合面上各点场强一定为零．(B) 闭合面内的电荷代数和不为零时，闭合面上各点场强一定处处不为零．(C) 闭合面内的电荷代数和为零时，闭合面上各点场强不一定处处为零．(D) 闭合面上各点场强均为零时，闭合面内一定处处无电荷．5．半径为R的“无限长”均匀带电圆柱体的静电场中各点的电场强度的大小E与距轴线的距离r的关系曲线为( )图11-2图11-3EOr (A)E ∝1/r6．如图所示, 电荷-Q 均匀分布在半径为R ，长为L 的圆弧上，圆弧的两端有一小空隙，空隙长为)(R L L <<∆∆，则圆弧中心O 点的电场强度和电势分别为( )Ａ．R Q i L R L Q 0204,4πεπε-∆- Ｂ．RQ i L R L Q 02024,8πεεπ-∆- Ｃ．RQ i L R L Q 0204,4πεπε ∆ Ｄ．RL L Qi L R L Q 0204,4πεπε∆-∆-7.如图所示,两同心带电球面，内球面半径为r 1＝5 cm ，带电荷q 1＝3×10-8 C ；外球面半径为r 2＝20 cm ， 带电荷q 2＝－6×108C ，设无穷远处电势为零，则空间另一电势为零的球面半径r ＝ __________________8. 如图所示，一半径为a 的“无限长”圆柱面上均匀带电，其电荷线密度为λ．在它外面同轴地套一半径为b 的薄金属圆筒，圆筒原先不带电，但与地连接．设地的电势为零，则在内圆柱面里面、距离轴线为r 的P 点的场强大小和电势分别为（ ）(A) E ＝0，U ＝r a ln 20ελπ． (C) E ＝r 02ελπ，U ＝rb ln 20ελπ (B) E ＝0，U ＝a b ln 20ελπ (D) E ＝r 02ελπ，U ＝a b ln 20ελπ．图11-69．如图，在点电荷+Q ，-Q 产生的电场中，abcd 为同一直线上等间距的四个点，若将一点电荷+q 0由b 点移到d 点，则电场力（ ）A. 作正功；B. 作负功；C.不作功;D.不能确定10．说明下列各式的物理意义（1）l d E ⋅（2）l d E b a ⋅⎰ （3）l d E L ⋅⎰（4）S d E ⋅11．已知某静电场的电势函数)(14121222SI y y x x U --=，由场强和电势梯度的关系式可得点（2，3，0）处的场强E =ˍˍˍi +ˍˍˍj +ˍˍˍk (SI)a c +Q-Q 图11-9答案:1.()d L d q +π04ε 2. 00024,0,6,εεεq q q 3.A4.C5.C ⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧≥=≤=)( 22)( 220020R r R rr R R r r E ρπλπελερερ，或 6. A7. 10cm8.B9.A10. （1）l d E ⋅表示电场力对单位正电荷所做的元功。
（2）l d E b a ⋅⎰表示在静电场中，单位正电荷从a 移到b 时，电场力所做的功 （3）l d E L ⋅⎰=0表示静电场中，单位正电荷沿任意闭合回路一周，电场力所做的功为0。
这是静电场环路定理，说明静电场是保守力场。
（4）S d E ⋅表示通过面积元dS 的电场强度通量11. 132，132，0第十二章 静电场中的导体和电介质1．图示一均匀带电球体，总电荷为+Q ，其外部同心地罩一内、外半径分别为r 1、r 2的不带电的金属球壳．设无穷远处为电势零点，则在球壳内半径为r 的P 点处的场强和电势为： (A)204r Q E επ=，r Q U 04επ=．(B) 0=E ，104r Q U επ=． (C)0=E ，r Q U 04επ=． (D) 0=E ，204r Q U επ=2.图示为一半径为a 的、带有正电荷Q 的导体球．球外有一内半径为b 、外半径为c 的不带电的同心导体球壳．设无限远处为电势零点，试求内球和球壳的电势．3． 半径为R 的金属球与地连接．在与球心O 相距d =2R 处有一电荷为q 的点电荷．如图所示，设地的电势为零，则球上的感应电荷q '为(A) 0． (B) 2q ． (C) -2q ． (D) -q ．4．A 、B A 板带电荷+Q 1，B 板带电荷+Q 2，如果使B 板接地，则AB 间电场强度的大小E 为(A) S Q 012ε ． (B) SQ Q 0212ε-． (C) SQ 01ε． (D) S Q Q 0212ε+． +Q +Q 2A B5．如图所示，两块很大的导体平板平行放置，面积都是S ，有一定厚度，带电荷分别为Q 1和Q 2．如不计边缘效应，则A 、B 、C 、D 四个表面上的电荷面密度分别为_____________ 、______________、_____________、____________．6．点电荷+Q 位于金属球壳的中心，球壳的内、外半径分别为R 1,R 2，所带净电荷为0，设无穷远处电势为0，如果移去球壳，则下列说法正确的是：A.B 点电势增加 B. A 点电势增加 BC.B 点电场强度增加 D. A 点电场强度增加7．在一个原来不带电的外表面为球形的空腔导体A 内，放一带有电荷为+Q 的带电导体B ，则比较空腔导体A 的电势U A 和导体B 的电势U B 时，可得以下结论：(A) U A = U B ． (B) U A > U B ．(C) U A < U B ． (D) 因空腔形状不是球形，两者无法比较．8.一空心导体球壳带电荷q ，当在球壳内偏离球壳中心某处再放一电荷为q 的点电荷时，则导体球壳上的电荷分布为(A) 内表面不均匀分布q -，外表面均匀分布q 2．(B) 内表面均匀分布q -，外表面均匀分布q 2(C) 内表面不均匀分布q -，外表面不均匀分布q 2(D) 内表面均匀分布q -，外表面不均匀分布q 29．在一点电荷产生的静电场中，一块电介质如图放置，以点电荷所在处为球心做一球形闭合面，则对此球形闭合面(A)高斯定理成立，且可用它求出闭合面上各点的场强。
(B)高斯定理成立，但不能用它求出闭合面上各点的场强。
(C)由于电介质不对称分布，高斯定理不成立(D)即使电介质对称分布，高斯定理也不成立10．如图，在一带电量为Q 的导体球外，同心地包有一各向同性均匀电介质球壳，相对介电常数为εr ，壳外是真空．则在壳外P 点处(设r OP =)的场强和电位移的大小分别为(A) E = Q / (4πε0εr r 2)，D = Q / (4πε0r 2)(B) E = Q / (4πεr r 2)，D = Q / (4πr 2)．(C) E = Q / (4πε0r 2)，D = Q / (4πr 2)． (D) E = Q /(4πε0r 2)，D = Q /(4πε0r 2)．11． C 1和C 2C 1中插入一电介质板，如图所示, 则(A) C 1极板上电荷增加，C 2极板上电荷减少．(B) C 1极板上电荷减少，C 2极板上电荷增加．(C) C 1极板上电荷增加，C 2极板上电荷不变．极板上电荷减少，C 2极板上电荷不变．12．一平行板电容器，两板间距离为d ，若插入一面积与极板面积相同而厚度为d / 2 的、相对介电常量为εr 的各向同性均匀电介质板(如图所示)，则插入介质后的电容值与原来的电容值之比C / C 0为(A) 11+r ε． (B) 1+r r εε．p(C) 12+r εε． (D) 12+r ε．13．真空中有一带电球体和一均匀带电球面，如果它们的半径和所带的总电量都相等，则(A)球体的静电能等于球面的静电能(B)球体的静电能大于球面的静电能(C)球体的静电能小于球面的静电能(D)不能确定14. 圆柱形电容器的两个同轴圆柱面带有等量异号电荷＋Q 和－Q ，长度均为l ，半径分别为b a 和，a b l ->>，两圆柱面之间充有介电常数为ε的均匀电介质。
求（1）在半径为l dr b r a r 、长度为、厚度为)(<<的圆柱薄壳中任一点处，电场的能量密度和整个薄壳中的能量；（2）电介质中的总能量；（3）能否由此总能量推算出圆柱形电容器的电容？答案1. D2.c Q b Q a Q U 0001444εεεπ+π-π= cQ U 024επ= 3. C4.C5.)2/()(21S Q Q + )2/()(21S Q Q - )2/()(12S Q Q - )2/()(21S Q Q +6. B7. C 8. A9. B10. C11. C12. C 13. B14.(1) 22228l r Q επ，r r l Q d 42πε ；(2) a b l Q ln 42πε；（3）ab l ln 2πε 第十三章 稳恒磁场0.球形电容器的内外导体球壳的半径分别为1R 和2R ，中间充满的电介质的电阻率为ρ，则它的漏电电阻为 。
1． 边长为2a 的等边三角形线圈，通有电流I ，则线圈中心处的磁感强度的大小 B=________________．2． 边长为l 的正方形线圈，分别用图示两种方式通以电流I (其中ab 、cd 与正方形共面)，在这两种情况下，线圈在其中心产生的磁感强度的大小分别为(A) 01=B ，02=B ． (B) l I B π=0122μ,lI B π=0222μ (C) 01=B ，l I B π=0222μ．(D) l I B π=0122μ，02=B ．a3． 在真空中，电流I 由长直导线1沿垂直bc 边方向经a 点流入一由电阻均匀的导线构成的正三角形线框，再由b 点沿平行ac 边方向流出，经长直导线2返回电源(如图)．三角形框每边长为l ，则在该正三角框中心O 点处磁感强度的大小B =_________________________．4．如图所示，实线为载流导线，通以电流I ，A 、B 各伸延到无限远处，在圆心O 处是磁感应强度为：（ ） A ．R I R I 4200μπμ+； B ．R I 40πμC ．R I R I 8200μπμ+； D ．R I 40πμ5．一弯曲的载流导线在同一平面内，形状如图(O 点是半径为R 1和R 2的两个半圆弧的共同圆心，电流自无穷远来到无穷远处)，则O 点磁感强度的大小B =_____________________．6．半径为 0.5 cm 的无限长直圆柱形导体上，沿轴线方向均匀地流着I = 3 A 的电流．作一个半径r = 5 cm 、长l = 5 cm 且与电流同轴的圆柱形闭合曲面S ，则该曲面上的磁感强度B沿曲面的积分 =⋅⎰⎰S B d ________________________．7．如图，两根直导线ab 和cd 沿半径方向被接到一个截面处处相等的铁环上，稳恒电流I 从a 端流入而从d 端流出，则磁感强度B 沿图中闭合路径L 的积分⎰⋅Ll B d 等于(A) I 0μ． (B)I 031μ． (C) 4/0I μ． (D) 3/20I μ．8．一流有恒定电流I 的闭合线圈，方向如图，求出磁感应强度沿图中6条闭合曲线的环路积分（积分方向为曲线中箭头所示）。