河北科技大学大学物理答案11章
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习 题
11-1 面积很大的导体平板A 与均匀带电平面B 平行放置,如习题11-1图所示。已知A 与B 相距d ,两者相对的部分的面积为S 。(1)设B 面带电量为q ,A 板的面电荷密度为1s 及2s ,求A 板与B 面之电势差。(2)若A 板带电量为Q ,求1s 及2s 。 (1)d S q U 0212/εσσ-+=
;(2)S q Q 21+=σ,S
q
Q 22-=σ
习题11-1图
习题11-2图
习题11-3图
11-2 如习题11-2图所示,有三块互相平行的导体板,外面的两块用导线连接,原来不带电。中间一块上所带总面电荷密度为521310.C m --醋。求每块板的两个表面的面电荷密度各
是多少 (忽略边缘效应。)
解:从上到下6个面一次为面1、2、3、4、5、6.
2
61σ
σσ=
=,8323σσσ=
-=,8
554σ
σσ=-= 11-3 如习题11-3图所示,半径为1R 的导体球带有电荷q ,球外有一个内、外半径为2R 、3R 的同心导体球壳,壳上带有电荷Q 。求:(1)两球的电势1j 及2j ;(2)两球的电势差j D ;
(3)用导线把球和壳连接在一起后,1j ,2j 及j D 分别为多少 (4)在情形(1)、(2)中,若外球接地,1j ,2j 和j D 为多少(5)设外球离地面很远,若内球接地,情况如何 解:(1)3024R Q q πεϕ+=
,2
010301444R q
R q R Q q πεπεπεϕ-++=;
(2)两球的电势差2
01
044R q R q U πεπε-
=
;
(3) 3
0214R Q
q πεϕϕ+=
=,0=U ;
(4) 02=ϕ,2
01
0144R q R q πεπεϕ-
=
(5)内球带电量为3
213
111/R R R R Q q +--
=',01=ϕ,1020244R q R q πεπεϕ'-'=
11-4 如习题11-4图所示,一半径为a 的非导体球,放于内半径为b ,外半径为c 的导体球壳的中心。电荷Q +均匀分布于内球(电荷密度为r ),外球壳带电Q -。求(1)空间电场分布;(2)问球壳的内、外表面各出现多少电荷 解:(1) a r <,r a
Q E 3
04πε=
;a r b >>,2
04r
Q E πε=
;b r c >>,0=E ;
c r >,0=E ;
(2) 球壳的内表面电量Q q -=,外表面电量Q q 2-='。
习题11-4图
习题11-5图
11-5 如习题11-5图所示,一球形导体A 含有两个球形空腔,这导体本身的总电荷为零,但在两空腔中心分别有一个点电荷b q 和c q ,导体球外距导体球很远的r 处有另一个点电荷d q ,如图所示。试求b q ,c q 和d q 各受多大的力 哪个答案是近似的
0==c b F F ,()2
04r q q q F d
c b
d πε+=
,d F 是近似的。
11-6 半径为R 的金属球与地相连接,在与球心相距2d R =处有一点电荷()0q >,问球上的感应电荷q ¢有多大(设金属球距地面及其他物体很远) 解:2/q q ='
11-7 如习题11-7图所示,球形金属腔带电量为()0Q Q >,内半径为a ,外半径为b ,腔
内距球心O 为r 处有一点电荷q ,求球心O 的电势。 解:a
q
r q b Q q 000444πεπεπεϕ-++=
11-8半径为R 的导体球,带有电荷Q ,球外有一均匀电介质的同心球壳,球壳的内、外半径分别为a 和b ,相对介电常量为r e ,如习题11-8图所示。求:(1)各区域的电场强度E ,电位移矢量D 及电势V ,绘出()E r ,()D r 及()V r 图线。(2)介质内的电极化强度P 和介质表面上的极化电荷面密度s ¢。 解:(1) R r <,0=E ,0=D ,b
Q b
Q a
Q a
Q R
Q r r 0000044444πεεπεεπεπεπεϕ+
-
+
-
=
;
R r a >>,
2
04r Q E πε=,2
4r Q
D π=
,b Q b Q a Q a Q r Q r r 0000044444πεεπεεπεπεπεϕ+-+-=;
a r
b >>,2
4r
Q
D π=
,204r Q E r επε=,b Q b Q r Q r r 000444πεεπεεπεϕ+-=; b r >,204r Q E πε=
,2
4r Q
D π=
,r Q 04πεϕ=;
(2) ()
241r Q P r πε-=,介质内表面()241a Q r πεσ--='介质外表面()2
41b
Q r πεσ-='
习题11-7图
习题11-8图
习题11-9图
11-9一块大的均匀电介质平
板放在一电场强度为0E 的均匀电场中,电场方向与板的夹角为q ,如习题12-9图所示。已知板的相对介电常数是r e ,求板面的面束缚电荷密度。
y