大学物理(中国矿业大学出版社)第九章习题
习题第9章
第9章 质心运动定理 动量定理
习题
9-1 设质量为m 的质点M 在Oxy 平面内运动，其运动方程为cos x a kt =，sin y b kt =，式中a 、b 及k 都是常数，求作用于质点M 上的力。
答案：力F
的大小：F mk = 力F 的方向：tan y
x F y F x
β== 9-2 设质点M 以初速度0υ从O 点与水平Ox 成α角射出，不计空气阻力，求质
点M 在重力作用下的运动规律。
答案：质点的运动方程：020cos 1sin 2
x t y t gt υαυα=⎧⎪⎨=-⎪⎩ 9-3如图所示，均质杆OA ，长2l ,重为P ，绕O 轴在铅垂面内转动。
杆与水平线成ϕ角时，其角速度和角加速度分别为ω和α，求该瞬时轴O 的约束反力。
答案：
9-4 匀质杆AB 长为l ，质量为m ，匀质圆盘半径5
l r =，质量为2m ，在水平面作纯滚动，当30ϕ=时，杆上B 端沿铅垂方向向下滑的速度为B υ。
试求此瞬时
系统的总动量。
答案：122
x y B B p p m υυ=+=-p i j i j 9-5 物A 质量为5kg ，物B 质量为10kg ，A 、B 与水平面间的摩擦因数为0.25.现A 向右运动而撞击B 。
开始时，B 处于静止状态，撞击后，A 、B 一同向右运动，历时4s 停止。
求撞击前A 的速度，并求撞击时A 、B 相互作用的冲量。
答案：030/m s υ=，,100x e I N s =⋅
2(cos sin )Ox Pl F g ωφαφ=-+2(sin cos )Oy Pl F P g ωφαφ=+
-。
《大学物理》第二版-课后习题标准答案-第九章
《大学物理》第二版-课后习题答案-第九章————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：习题精解9-1.在气垫导轨上质量为m 的物体由两个轻弹簧分别固定在气垫导轨的两端，如图9-1所示，试证明物体m 的左右运动为简谐振动，并求其振动周期。
设弹簧的劲度系数为k 1和k 2. 解：取物体在平衡位置为坐标原点，则物体在任意位置时受的力为 12()F k k x =-+ 根据牛顿第二定律有2122()d xF k k x ma m dt=-+==化简得21220k k d x x dt m++= 令212k k mω+=则2220d x x dt ω+=所以物体做简谐振动，其周期1222mT k k ππω==+9-2 如图9.2所示在电场强度为E 的匀强电场中，放置一电偶极矩P=ql 的电偶极子，+q 和-q 相距l ，且l 不变。
若有一外界扰动使这对电荷偏过一微小角度，扰动消息后，这对电荷会以垂直与电场并通过l 的中心点o 的直线为轴来回摆动。
试证明这种摆动是近似的简谐振动，并求其振动周期。
设电荷的质量皆为m ，重力忽略不计。
解 取逆时针的力矩方向为正方向，当电偶极子在如图9.2所示位置时，电偶极子所受力矩为sin sin sin 22l lM qE qE qEl θθθ=--=- 电偶极子对中心O 点的转动惯量为2221222l l J m m ml ⎛⎫⎛⎫=+= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭由转动定律知2221sin 2d M qEl J ml dtθθβ=-==•化简得222sin 0d qEdt mlθθ+= 当角度很小时有sin 0θ≈，若令22qEmlω=，则上式变为222sin 0d dtθωθ+= 所以电偶极子的微小摆动是简谐振动。
而且其周期为222mlT qEππω== 9-3 汽车的质量一般支承在固定与轴承的若干根弹簧上，成为一倒置的弹簧振子。
大学物理第九章习题答案
第九章 真空中的静电场9–1 如图9-1所示，电量为+q 的三个点电荷，分别放在边长为a 的等边三角形ABC 的三个顶点上，为使每个点电荷受力为零，可在三角形中心处放另一点电荷Q ，则Q 的电量为 。
解：由对称性可知，只要某个顶点上的电荷受力为零即可。
C 处电荷所受合力为零，需使中心处的点电荷Q 对它的引力F 与A ，B 两个顶点处电荷的对它的斥力F 1，F 2三力平衡，如图9-2所示，即)21(F F F +-=因此12cos30F F ︒=即2202cos304πq aε=︒解得q Q 33=9-2 真空中两条平行的无限长的均匀带电直线，电荷线密度分别为+λ 和-λ，点P 1和P 2与两带电线共面，其位置如图9-3所示，取向右为坐标x 正向，则1P E = ，2P E = 。
解：（1）P 1点场强为无限长均匀带电直线λ，-λ在该点产生的场强的矢量和，即λλ-+=E E E 1P其大小为i i i E dd d P 000ππ2π21ελελελ=+=方向沿x 轴正方向。
（2）同理可得i i i E dd d P 000π3π2)3(π22ελελελ-=-=方向沿x 轴负方向。
图9–2图9-3C B图9–19-3 一个点电荷+q 位于一边长为L 的立方体的中心，如图9-4所示，则通过立方体一面的电通量为 。
如果该电荷移到立方体的一个顶角上，那么通过立方体每一面的电通量是 。
解：（1）点电荷+q 位于立方体的中心，则通过立方体的每一面的电通量相等，所以通过每一面的通量为总通量的1/6，根据高斯定理1d in Sq ε⋅=∑⎰⎰E S ，其中S 为立方体的各面所形成的闭合高斯面，所以，通过任一面的电通量为0d 6Sqε⋅=⎰⎰E S 。
（2）当电荷+q 移至立方体的一个顶角上，与+q 相连的三个侧面ABCD 、ABFE 、BCHF 上各点的E 均平行于各自的平面，故通过这三个平面的电通量为零，为了求另三个面上的电通量，可以以+q 为中心，补作另外7个大小相同的立方体，形成边长为2L 且与原边平行的大立方体，如图9–5所示，这个大立方体的每一个面的电通电都相等，且均等于6εq ，对原立方体而言，每个面的面积为大立方体一个面的面积的1/4，则每个面的电通量也为大立方体一个面的电通量的1/4，即此时通过立方体每一面的电通量为0111d 4624Sqε⋅⋅=⎰⎰E S 。
大学物理第九章热力学基础习题答案精品.doc
习题九9-1 一系统由图示的状态。
经Q&/到达状态。
，系统吸收了320J热量，系统对外作功126J。
⑴若。
沥过程系统对外作功42J,问有多少热量传入系统？（2）当系统由b沿曲线ba返回状态。
，外界对系统作功84 J,试问系统是吸热还是放热？热量是多少?懈］由热力学第一定律Q = \E + A p得星=。
-4在a<b过程中，E b - E = M = 0 - A = 320 -126 = 194/在讪过程中Q2 =^ + 4 = 194 + 42 = 236/o在ba过程中Q, = E. - E b + & = -AE + & = -194-84 = -278J本过程中系统放热。
9-2 2mol氮气由温度为300K,压强为 1.013x10*）（latm）的初态等温地压缩到 2.026 xl05Pa（2atm）o求气体放出的热量。
［解］在等温过程中气体吸收的热量等于气体对外做的功，所以Q T=A=/?TIn-^- = 2x8.3lx300x In-= -3.46x 103JM ］P,2mol 2即气体放热为3.46x103, o9-3 一定质量的理想气体的内能E随体积的变化关系为E- V图上的一条过原点的直线，如图所示。
试证此直线表示等压过程。
［证明］设此直线斜率为奴则此直线方程为E = ki，又E随温度的关系变化式为E = M—Cv ・T = k'TM mo i所以kV = k'T因此堂= C = C（C为恒量）T k又由理想气体的状态方程知，华=。
'（C'为恒量）所以P为恒量即此过程为等压过程。
9-4 2mol氧气由状态1变化到状态2所经历的过程如图所示：⑴沿I一所一2路径。
（2）1 — 2 直线。
试分别求出两过程中氧气对外作的功、吸收的热量及内能的变化。
［解］（1）在1-初一2这一过程中，做功的大小为该曲线下所围的面积，氧气对外做负功。
大学物理第9章习题解答
第9章 真空中的静电场 习题解答9－1 精密的实验已表明，一个电子与一个质子的电量在实验误差为e 2110－±的范围内是相等的，而中子的电量在e 2110－±的范围内为零。
考虑这些误差综合的最坏情况，问一个氧原子（含8个电子、8个质子、8个中子）所带的最大可能净电荷是多少？若将原子看成质点，试比较两个氧原子间的电力和万有引力的大小，其净力是引力还是斥力？解：（1）一个氧原子所带的最大可能净电荷为 e q 21max 1024－⨯±= （2）两个氧原子间的电力和万有引力的大小之比为6222711221921122222max 0108.2)1067.116(1067.6)106.11024(1085.84141------⨯≈⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⋅⨯⨯=≤r r rm G r q f f G e ππε氧 其净力是引力。
9－2 如习题9－2图所示，在直角三角形ABC 的A 点处，有点电荷q 1 = 1.8×10-9C ，B 点处有点电荷q 2 = －4.8×10-9C ，AC = 3cm ，BC = 4cm ，试求C 点的场强。
解：根据点电荷场强大小的公式22014q qE kr r==πε， 点电荷q 1在C 点产生的场强大小为112014q E AC =πε 994-1221.810910 1.810(N C )(310)--⨯=⨯⨯=⨯⋅⨯ 方向向下。
点电荷q 2在C 点产生的场强大小为2220||14q E BC =πε994-1224.810910 2.710(N C )(410)--⨯=⨯⨯=⨯⋅⨯， 方向向右。
C 处的总场强大小为E =44-110 3.24510(N C )==⨯⋅，总场强与分场强E 2的夹角为12arctan33.69E E ==︒θ．9－3 半径为R 的一段圆弧，圆心角为60°，一半均匀带正电，另一半均匀带负电，其电荷线密度分别为+λ和-λ，求圆心处的场强。
大学物理答案第九章
振幅A与初相位 三、振幅 与初相位φ 的确定
ψ = Acos(ωt +φ)
dψ = − Asin ω +φ) ω ( t dt
简谐振动的振幅和初相位由振动的初始状态决定。 简谐振动的振幅和初相位由振动的初始状态决定。 初始状态决定
已知t=0时，振动量Ψ的振动状态为 ψ0, dψ
ψ0 = Acosφ
− 1
dΨ dt 0 2 A= Ψ0 + ω
2
dΨ dt φ = tan−1 0 ω 0 Ψ
说明： (1) 一般来说φ 的取值在 - π和π(或0和2π)之间； (2) 在应用上面的式子求φ 时，一般来说有两个值， 还要由初始条件来判断应该取哪个值； (3)常用方法：先求A，然后由 Ψ0=Acosφ 、 (dΨ /dt)0=-Aωsinφ 两者的共同部分求φ 。
1 2 Ekmax = kA 2
Ekmin = 0
势 能
Ep = 1 kx2 2
1 2 2 = kA cos (ω +φ0) t 2
1 2 Epmax = kA 2
Epmin = 0
机械能
1 2 E = Ek + Ep = kA 2
简谐振动系统机械能守恒
E
E (1/2)kA2
Ep
o
Ek
Ep = Ek
t
T
x t
由起始能量求振幅
1 2 E = kA 2
2E0 2E A= = k k
LC振荡电路中，电容器上的电 量q和电路中的电流I分别为：
q =Q cos(ωt +φ) 0 I = −ωQ sin ωt +φ) ( 0
大学物理习题答案第九章
[习题解答]9-3 两个相同的小球质量都是m ，并带有等量同号电荷q ，各用长为l 的丝线悬挂于同一点。
由于电荷的斥力作用，使小球处于图9-9所示的位置。
如果θ角很小，试证明两个小球的间距x 可近似地表示为.解 小球在三个力的共同作用下达到平衡，这三个力分别是重力m g 、绳子的张力T 和库仑力f 。
于是可以列出下面的方程式,(1),(2)(3)因为θ角很小，所以,.利用这个近似关系可以得到,(4). (5)将式(5)代入式(4)，得图9-9,由上式可以解得.得证。
9-4在上题中，如果l = 120 cm，m = 0.010 kg，x = 5.0 cm，问每个小球所带的电量q为多大？解在上题的结果中，将q解出，再将已知数据代入，可得.9-5氢原子由一个质子和一个电子组成。
根据经典模型，在正常状态下，电子绕核作圆周运动，轨道半径是r0 = 5.29⨯10-11m。
质子的质量M = 1.67⨯10-27kg，电子的质量m = 9.11⨯10-31kg，它们的电量为±e =1.60⨯10-19C。
(1)求电子所受的库仑力；(2)电子所受库仑力是质子对它的万有引力的多少倍？(3)求电子绕核运动的速率。
解(1)电子与质子之间的库仑力为.(2)电子与质子之间的万有引力为.所以.(3)质子对电子的高斯引力提供了电子作圆周运动的向心力，所以,从上式解出电子绕核运动的速率，为.9-6 边长为a的立方体，每一个顶角上放一个电荷q。
(1)证明任一顶角上的电荷所受合力的大小为.(2) F的方向如何？解立方体每个顶角上放一个电荷q，由于对称性，每个电荷的受力情况均相同。
对于任一顶角上的电荷，例如B角上的q B，它所受到的力、和大小也是相等的，即.首先让我们来计算的大小。
图9-10由图9-10可见，、和对的作用力不产生x方向的分量；对的作用力f1的大小为,f1的方向与x轴的夹角为45︒。
对的作用力f2的大小为,f2的方向与x轴的夹角为0︒。
大学物理第9章习题答案
⼤学物理第9章习题答案第4篇电磁学第9章静电场9.1 基本要求１掌握静电场的电场强度和电势的概念以及电场强度叠加原理和电势叠加原理。
掌握电势与电场强度的积分关系。
能计算⼀些简单问题中的电场强度和电势。
了解电场强度与电势的微分关系。
２理解静电场的规律：⾼斯定理和环路定理。
理解⽤⾼斯定理计算电场强度的条件和⽅法。
３了解导体的静电平衡条件，了解介质的极化现象及其微观解释。
了解各向同性介质中Ｄ和Ｅ之间的关系。
了解介质中的⾼斯定理。
４了解电容和电能密度的概念。
9.２基本概念１电场强度E ：试验电荷0q 所受到的电场⼒F 与0q 之⽐，即0q =F E ２电位移D ：电位移⽮量是描述电场性质的辅助量。
在各向同性介质中，它与场强成正⽐，即ε=D E ３电场强度通量e Φ：e Sd Φ=E S电位移通量:D Sd Φ=D S４电势能pa E ：0pa aE q d ∞=?E l （设0p E ∞=）５电势a V ：0pa a aE V d q ∞==? E l （设0V ∞=）电势差ab U ：ab a b U V V =- ６场强与电势的关系（１）积分关系 a aV d ∞=７电容Ｃ：描述导体或导体组（电容器）容纳电荷能⼒的物理量。
孤⽴导体的电容：Q C V =；电容器的电容：Q C U= ８静电场的能量：静电场中所贮存的能量。
电容器所贮存的电能：22222CU Q QUW C ===电场能量密度e w ：单位体积的电场中所贮存的能量，即22e E w ε=9.３基本规律１库仑定律：12204rq q rπε=F e ２叠加原理（１）电场强度叠加原理：在点电荷系产⽣的电场中任⼀点的场强等于每个点电荷单独存在时在该点产⽣的场强的⽮量和。
（２）电势叠加原理：在点电荷系产⽣的电场中，某点的电势等于每个点电荷单独存在时在该点产⽣的电势的代数和。
３⾼斯定理：真空中静电场内，通过任意闭合曲⾯的电场强度通量等于该曲⾯所包围的电量的代数和的1/ε 0倍。
大学物理(中国矿大)第九、十二、十三章习题谜底
第九章习题9.1 卢瑟福试验证明，当两个原子核之间的距离小到1510m -时，他们之间的排斥力仍遵守库伦定律。
金的原子核中有79个质子，氦的原子核中有两个质子。
已知每个质子带电量为：191.6010C e -=⨯，α粒子的质量为276.6810kg -⨯，当α粒子与核相距为156.910m -⨯时，求：⑴ α粒子所受的力；⑵ α粒子的加速度。
解：α粒子的带电量为：2Q e α=，金核的带电量为：19Q e =金 156.910m r -=⨯，276.6810kg M α-=⨯222279764N Q Q e F k k r rα⨯===金 加速度()2921.1410m s Fa M α==⨯ 9.2 两个相同的小球，质量都是m ；带等量同号电荷q ，各用长l 的细线挂在一起，设平衡时两线夹角为2θ很小。
⑴ 证明下列近似等式：13202q l x mg πε⎛⎫= ⎪⎝⎭式中x 为两球平衡时的距离。
⑵ 如果 1.2m l =，21.010kg m -=⨯，2510m x -=⨯，则每个小球上的电荷q 是多少库仑？解：⑴ 对m 进行受力分析列方程为：cos mg T θ=， sin F T θ=电tan 2F x mg l θ==电（θ很小时，tan 2x lθ≈） 即：13223202002422q x q l mgx q l x mgx l mg πεπεπε⎛⎫=⇒=⇒= ⎪⎝⎭⑵ 132328002022 2.3810C 42mgx q x mgx q l q mgx l l πεπεπε-⎛⎫=⇒=⇒==⨯ ⎪⎝⎭9.3 两个点电荷带电量为2q 和q ，相距为l ，将第三个电荷放在何处，所受库仑力为零？解：01201214qq F r πε=，0220214qq F r πε= 方向相反当所受合力为零时，1212221221:F F r r r r =⇒=⇒=)1221r r l r l +=⇒=（2r 为距q 的位置）(12r l = （1r 为距2q 的位置）9.4 两个点电荷，618.010C q -=⨯，621610C q -=-⨯，相距0.2m ，求离它们都是0.2m 出的电场强度E 。
大学物理第9章静电场习题参考答案
第9章 静电场9-1 两小球处于如题9-1图所示的平衡位置时，每小球受到张力T ，重力mg 以及库仑力F 的作用，则有mg T =θcos 和F T =θsin ,∴θmgtg F =,由于θ很小，故lxmgmg mg x q F 2sin tg 41220=≈==θθπε ∴3/1022⎪⎪⎭⎫⎝⎛mg l q πε9-2 设q 1,q 2在C 点的场强分别为1E 和2E，则有210141AC r q E πε=14299m V 108.103.0108.1109--⋅⨯=⨯⨯⨯=方向沿AC 方向 220241BC r q E πε=14299m V 107.204.0108.1109--⋅⨯=⨯⨯⨯= 方向沿CB 方向∴ C 点的合场强E的大小为：24242221)107.2()108.1(⨯+⨯=+=E E E 14m V 1024.3-⋅⨯=设E 的方向与CB 的夹角为α，则有︒===--7.337.28.11211tg E E tg α 9-3 坐标如题9-3图所示，带电圆弧上取一电荷元l q d d λ=，它在圆心O 处的场强为201d 41d RlE λπε=，方向如题9-3图所示，由于对称性，上、下两带电圆弧中对应电荷元在圆心O 处产生的d E 1和d E 2在x 方向分量相互抵消。
习题9-1图习题9-3图习题9-2图0=∴x E ，圆心O 处场强E 的y 分量为⎪⎪⎭⎫⎝⎛-===⎰⎰2312sin d 412sin d 412026260R R R R lE y πελθθλπεθλπεππ方向沿y 轴正向。
9-4 （1）如题9-4图(a)，取与棒端相距d 1的P 点为坐标原点,x 轴向右为正。
设带电细棒电荷元x q d d λ=至P 点的距离x ，它在P 点的场强大小为 20d 41d x xE P λπε=方向沿x 轴正向各电荷元在P 点产生的场强方向相同，于是 ⎰⎰-+-==11)(20d 41d d L d P P xxE E πε 132289110m V 1041.2102811081103109114----⋅⨯=⎪⎭⎫⎝⎛⨯-⨯⨯⨯⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=L d d πελ方向沿x 轴方向。
大学物理_第九章_课后答案
µ0 I , r 为管外一点到螺线管轴 2πr
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 B = 2.0 Wb· m 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 9-7 图 9-7 如题9-7图所示， AB 、 CD 为长直导线， BC 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 、 BC 、 CD 三部分电流产生．其中
⌢
⌢
AB 产生
� B1 = 0
CD 产生 B2 =
9-13 一根很长的铜导线载有电流10A，设电流均匀分布.在导线内部作一平面 S ，如题9-13 图所示．试计算通过S平面的磁通量(沿导线长度方向取长为1m的一段作计算)．铜的磁导率
µ = µ0 .
解：由安培环路定律求距圆导线轴为 r 处的磁感应强度
� B ∫ ⋅ dl = µ 0 ∑ I
l
B 2πr = µ 0
B0 =
�
µ 0 ev = 13 T 4πa 2
电子磁矩 Pm 在图中也是垂直向里，大小为
Pm =
e 2 eva πa = = 9.2 × 10 − 24 A ⋅ m 2 T 2
大学物理 第9-10章习题解答
第九章 电磁感应§9-1 电源 电动势 §9-2 电磁感应定律 §9-3 动生电动势§9-4 感生电动势和感生电场 §9-5 自感和互感 §9-6 磁场的能量§9-7 位移电流 麦克斯韦方程组9.1 法拉第电磁感应定律指出：通过回路所圈围的面积的磁通量发生变化时，回路中就产生感应电动势。
哪些物理量的改变会引起磁通量的变化？9.2 若感应电流的方向与楞次定律所确定的方向相反，或者说，法拉第定律公式中的负号换成正号，会导致什么结果？9.3 有人说，楞次定律告诉我们“感应电流的磁通总是原磁通相反的”，你认为对吗？为什么？解答：不对，阻碍并不是相反。
9.4 L 值是否有负值？M 值是否有负值？怎样理解负值的物理意义？ 9.5 有两个相隔距离不太远的线圈，如何放置才能使其互感系数为零？ 9.6 存在位移电流，是否必存在位移电流的磁场？9.7 半径为a 的圆线圈置于磁感强度为B 的均匀磁场中，线圈平面与磁场方向垂直，线圈电阻为R ；当把线圈转动使其法向与B 的夹角060=θ时，线圈中通过的电荷与线圈面积及转动所用的时间的关系是（ ） A 、与线圈面积成正比，与时间无关； B 、与线圈面积成正比，与时间成正比； C 、与线圈面积成反比，与时间成正比； D 、与线圈面积成反比，与时间无关。
答案：A9.8 如图9-8所示，长度为的直导线ab 在均匀磁场B 中以速度υ移动，直导线ab 中的电动势为A 、Bυ B 、sin B υα C 、cos B υα D 、0答案：D9.9 在感生电场中，电磁感应定律可写成i k d d dtεΦ=⋅=⎰E l ，式中k E 为感生电场的电场强度；此式表明（ ） A 、闭合回路上的k E 处处相等； B 、感生电场是保守场；C 、感生电场的电场线不是闭合曲线；D 、感生电场是涡旋藏。
答案：D9.10 若尺寸相同的铁环与铜环所包围的面积中穿过磁通量的变化率相同，则在这两个环中（ ）A 、感应电动势不同，感应电流相同；B 、感应电动势和感应电流都相同；C 、感应电动势和感应电流都不同；D 、感应电动势相同，感应电流不同。
大学物理第9章题库答案
大学物理第9章题库答案.第九章电磁场填空题（简单）1、在竖直放置的一根无限长载流直导线右侧有一与其共面的任意形状的平面线圈，直导线中的电流由上向下，当线圈以垂直于导线的速度背离导线时，线圈中的感应电动势，当线圈平行导线向上运动时，线圈中的感应电动势。
（填>0，<0，＝0）（设顺时针方向的感应电动势为正）(<0, ＝0)2、磁场的高斯定律表明磁场是，因为磁场发生变化而引起电磁感应，是不同于回路变化时产生的。
相同之处是。
（无源场，动生电动势，磁通量发生改变）3、只要有运动电荷，其周围就有产生；而法拉弟电磁感应定律表明，只要发生变化，就有产生。
（磁场，磁通量，感应电动势）4、一磁铁自上向下运动，穿过一闭合导体回路，（如图7），当磁铁运动到a 处和b处时，回路中感应电流的方向分别是和。
（逆时针，顺时针）5、电磁感应就是由生的现象，其主要定律为，其中它的方向是由定律来决定，即。
（磁，电，电磁感应定律，楞次，见p320）6、当穿过某回路中的磁通量发生变化时，电路中(填一定或不一定)产生感应电流；电路中(填一定或不一定)产生感应电动势。
(不一定, 一定)7、在电磁感应中，感应电动势的大小与闭合回路的磁通量成正比。
（对时间的变化率）8、在竖直放置的一根无限长载流直导线右侧有一与其共面的任意形状的平面线圈，直导线中的电流由上向下，当线圈平行导线向下运动时，线圈中的感应电动势，当线圈以垂直于导线的速度靠近导线时，线圈中的感应电动势。
（填>0，<0，＝0）（设顺时针方向的感应电动势为正）(＝0，>0)9、将条形磁铁插入与冲击电流计串连的金属环中，有-5q=2.010c ?的电荷通过电流计，若连接电流计的电路总电阻25R =Ω,则穿过环的磁通量的变化=?ΦWb 。
（4510q R --?=-?）10、电磁波是变化的和变化的在空间以一定的速度传播而形成的。
(电场，磁场) 11、如图所示，金属杆AOC 以恒定速度υ在均匀磁场B 中垂直于磁场方向运动，已知AO OC L ==，则杆中的动生电动势的大小为。
大学物理第九章课后习题答案
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3. 两个点电荷的电荷量分别为 2q 和 q，相距 L. 将第三个点电荷放在何处时，它 所受的合力为零?此处由 2q 和 q 产生的合场强是多少? 4. 三个电荷量均为 q 的点电荷放在等边三角形的各顶点上.在三角形中心放置怎 样的点电荷，才能使作用在每一点电荷上的合力为零? 5. 两等量同号点电荷相距为 a，在其连线的中垂面上放一点电荷.根据对称性可 知，该点电荷在中垂面上受力的极大值的轨迹是一个圆.求该圆的半径. 6. 两个点电荷， q1 = 8.0µC ， q 2 = −1.60 µC ，相距 20cm. 求离它们都是 20cm 处 的电场强度. 7. 如图所示，半径为 R 的均匀带电圆环，带电荷为 q. (1) 求轴线上离环心 O 为 x 处的场强 E . (2) 画出 E-x 曲线. (3) 轴线上何处的场强最大?其值是多少? 8. 求均匀带电半圆环的圆心 O 处的场强 E.已知圆环的半径为 R ，带电荷为 q. 9. 计算线电荷密度为η的无限长均匀带电 线弯成如图所示形状时，半圆圆心 O 处的 场强 E.半径为 R ，直线 Aa 和 Bb 平行.
dE y = − dE sinθ = −
∴ E y = ∫ dE y = ∫ −
0
ηR sin θdθ 4πε 0 R 2
π
ηR sin θdθ 4πε 0 R 2
=−
η ηπR q =− 2 =− 2 2 2πε0 R 2π ε 0 R 2π ε 0 R 2
-8-
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� � 矢量式： E = E y j = − 9.
10. 半径为 R 的圆平面均匀带电.电荷面密度为σ，求轴线上离圆心 x 处的场强. 11. (1) 一点电荷 q 位于一立方体中心，立方体边长为 a.试问通过立方体一面的
大学物理(中国矿业大学出版社)第九章习题
第九章习题9.1 卢瑟福试验证明，当两个原子核之间的距离小到1510m -时，他们之间的排斥力仍遵守库伦定律。
金的原子核中有79个质子，氦的原子核中有两个质子。
已知每个质子带电量为：191.6010C e -=⨯，α粒子的质量为276.6810kg -⨯，当α粒子与核相距为156.910m -⨯时，求：⑴ α粒子所受的力；⑵ α粒子的加速度。
解：α粒子的带电量为：2Q e α=，金核的带电量为：19Q e =金 156.910m r -=⨯，276.6810kg M α-=⨯222279764N Q Q e F k k r rα⨯===金 加速度()2921.1410m s Fa M α==⨯ 9.2 两个相同的小球，质量都是m ；带等量同号电荷q ，各用长l 的细线挂在一起，设平衡时两线夹角为2θ很小。
⑴ 证明下列近似等式：13202q l x mg πε⎛⎫= ⎪⎝⎭式中x 为两球平衡时的距离。
⑵ 如果 1.2m l =，21.010kg m -=⨯，2510m x -=⨯，则每个小球上的电荷q 是多少库仑？解：⑴ 对m 进行受力分析列方程为：cos mg T θ=， sin F T θ=电tan 2F x mg l θ==电（θ很小时，tan 2x lθ≈） 即：13223202002422q x q l mgx q l x mgx l mg πεπεπε⎛⎫=⇒=⇒= ⎪⎝⎭⑵ 132328002022 2.3810C 42mgx q x mgx q l q mgx l l πεπεπε-⎛⎫=⇒=⇒==⨯ ⎪⎝⎭9.3 两个点电荷带电量为2q 和q ，相距为l ，将第三个电荷放在何处，所受库仑力为零？解：01201214qq F r πε=，0220214qq F r πε= 方向相反当所受合力为零时，1212221221:F F r r r r =⇒=⇒=)1221r r l r l +=⇒=（2r 为距q 的位置）(12r l = （1r 为距2q 的位置）9.4 两个点电荷，618.010C q -=⨯，621610C q -=-⨯，相距0.2m ，求离它们都是0.2m 出的电场强度E 。
大学物理第九章练习 参考答案
第九章 电磁感应 电磁场理论练 习 一一.选择题1. 在一线圈回路中，规定满足如图1所示的旋转方向时，电动势ε，磁通量Φ为正值。
若磁铁沿箭头方向进入线圈，则有（ B ）(A ) d Φ /dt < 0， ε < 0 ； (B ) d Φ /dt > 0， ε < 0 ； (C ) d Φ /dt > 0， ε > 0 ； (D ) d Φ /dt < 0， ε > 0。
2. 一磁铁朝线圈运动，如图2所示，则线圈内的感应电流的方向（以螺线管内流向为准）以及电表两端电势U A 和U B 的高低为（ C ）(A ) I 由A 到B ，U A >U B ； (B ) I 由B 到A ，U A <U B ； (C ) I 由B 到A ，U A >U B ； (D ) I 由A 到B ，U A <U B 。
3. 一长直螺线管，单位长度匝数为n ，电流为I ，其中部放一面积为A ，总匝数为N ，电阻为R 的测量线圈，如图3所示，开始时螺线管与测量线圈的轴线平行，若将测量线圈翻转180°，则通过测量线圈某导线截面上的电量∆q 为（ A ）(A ) 2μ0nINA /R ； (B ) μ0nINA /R ； (C ) μ0NIA /R ； (D ) μ0nIA /R 。
4. 尺寸相同的铁环和铜环所包围的面积中，磁通量的变化率相同，则环中（ A ） （A ）感应电动势相同，感应电流不同； （B ）感应电动势不同，感应电流相同； （C ）感应电动势相同，感应电流相同； （D ）感应电动势不同，感应电流不同。
二.填空题1．真空中一长度为0l 的长直密绕螺线管，单位长度的匝数为n ，半径为R ，其自感系数L可表示为0220l R n L πμ=。
2. 如图4所示，一光滑的金属导轨置于均匀磁场B 中，导线ab 长为l ，可在导轨上平行移动，速度为v ，则回路中的感应电动势ε=θsin Blv ，a 、b 两点的电势a U ＜ b U （填<、=、>），回路中的电流I=R Blv /sin θ，电阻R 上消耗的功率P=R Blv /)sin (2θ。
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第九章习题9.1 卢瑟福试验证明，当两个原子核之间的距离小到1510m -时，他们之间的排斥力仍遵守库伦定律。
金的原子核中有79个质子，氦的原子核中有两个质子。
已知每个质子带电量为：191.6010C e -=⨯，α粒子的质量为276.6810kg -⨯，当α粒子与核相距为156.910m -⨯时，求：⑴ α粒子所受的力；⑵ α粒子的加速度。
解：α粒子的带电量为：2Q e α=，金核的带电量为：19Q e =金 156.910m r -=⨯，276.6810kg M α-=⨯222279764N Q Q e F k k r rα⨯===金 加速度()2921.1410m s Fa M α==⨯ 9.2 两个相同的小球，质量都是m ；带等量同号电荷q ，各用长l 的细线挂在一起，设平衡时两线夹角为2θ很小。
⑴ 证明下列近似等式：13202q l x mg πε⎛⎫= ⎪⎝⎭式中x 为两球平衡时的距离。
⑵ 如果 1.2m l =，21.010kg m -=⨯，2510m x -=⨯，则每个小球上的电荷q 是多少库仑？解：⑴ 对m 进行受力分析列方程为：cos mg T θ=， sin F T θ=电tan 2F x mg l θ==电（θ很小时，tan 2x lθ≈） 即：13223202002422q x q l mgx q l x mgx l mg πεπεπε⎛⎫=⇒=⇒= ⎪⎝⎭⑵ 132328002022 2.3810C 42mgx q x mgx q l q mgx l l πεπεπε-⎛⎫=⇒=⇒==⨯ ⎪⎝⎭9.3 两个点电荷带电量为2q 和q ，相距为l ，将第三个电荷放在何处，所受库仑力为零？解：01201214qq F r πε=，0220214qq F r πε= 方向相反当所受合力为零时，1212221221:F F r r r r =⇒=⇒=)1221r r l r l +=⇒=（2r 为距q 的位置）(12r l = （1r 为距2q 的位置）9.4 两个点电荷，618.010C q -=⨯，621610C q -=-⨯，相距0.2m ，求离它们都是0.2m 出的电场强度E 。
解：由图中可得，1q ，2q 产生的电场强度应该是1E 和2E 的合成。
()9661120910810 1.810N C 40.04q E r πε-⨯⨯⨯===⨯ ()96621209101610 3.610N C 40.04q E r πε-⨯⨯⨯===⨯ 电场强度为：()612cos60cos60 2.710N C x E E E =+=⨯()612sin60sin60 1.5610N y E E E =-=-⨯大小为：()63.110V m E ==⨯，方向：与12q q 连线成30，右斜向下。
9.5 有四个正点电荷，电量都是q ，分别放在边长为a 的正方形的四个顶点。
求正方形中心 放一个什么样的电荷，可以使每个电荷都达到平衡。
解：正方形中心处的电荷为'q ，四个顶点处的为q ，正方形的边长为a ，则右下顶点处的电荷所受的电荷力为：212014q F aπε=方向竖直向下 222014q F a πε=方向水平向右，2320142q F a πε=方向沿着对角线向外这四个力的合力为：231201142q F F a πε⎡=+=⎢⎣合方向沿着对角线向外12此电荷所受中心电荷的力为：'222001211442qq q F F a a πεπε⎡==-=-+⎢⎣合因此中心所放的电荷应为：'14q q +=-9.6 有一均匀带电的细棒，长度为L ，所带总电量为q 。
求：⑴ 细棒中垂面上到棒的距离为a 处的电场强度；⑵ 细棒延长线上到棒中心的距离为a 处的电场强度大小。
解：9.7 半径为R 的半球面，均匀带电，电荷密度为σ，求球心处的电场强度。
解：分析：将半球面分成由一系列不同半径的带电圆环组成，带电半球面在圆心O 点处的电场就是所有这些带电圆环在O 点的电场的叠加。
今取一半径为r ，宽度为Rd θ的带电细圆环。
带电圆环在P 点的场强为：()322201ˆ4qxE ra x πε=+ 在本题中，cos x h R θ==，a r = 所以可得：()332220044hdq hdqdE R r hπεπε==+上式中()222sin dq r Rd R d σπθπσθθ==即：33002sin cos sin cos 42R d dE d R σπθθθσθθθπεε== 整个半球面为：2000sin cos 24E dE d πσσθθθεε===⎛⎜⎠⎰，方向沿半径向外 9.10 半径为R 的无限长圆柱体内均匀带电，电荷体密度为ρ，求电场强度分布。
解：无限长圆柱体带电所激发的电场具有轴对称性，可用高斯定理。
取高斯面为：半径为r ，长为l 的圆柱体，轴线为圆柱带电体的轴线。
当r R <时，高斯定理为： 2110122r E rl r l E ρπρπεε•=⇒=当r R >时，高斯定理为：222200122R E rl R l E rρπρπεε•=⇒=9.11 在半径为1R 和2R 的两个同心球面上，分别均匀地分布着电荷1Q 和2Q ，求：⑴ Ⅰ， Ⅱ，Ⅲ三个区域内的电场强度分布；⑵ 若12Q Q =-，情况如何。
解：⑴ 电荷激发的电场为球对称，取高斯面为雨带电球面同球心，半径为r 的球面，由高斯定理可得：121120122004r R Q E r R r R Q Q r R πεε⎧⎪<⎪⎪•=<<⎨⎪⎪+>⎪⎩所以可得到电场强度的表达式为：10E =，10r R << 122014Q E rπε=，12R r R << 1232014Q Q E rπε+=，2r R > ⑵ 若12Q Q =-，10E =，10r R <<，122014Q E rπε=，12R r R << 30E =，2r R > 9.12 两无限大的平行平面均匀带电，面电荷密度分别为σ±，求各区域的电场强度分布。
解：忽略板外表面及边缘处的电荷分布带来的不均匀性，电场只分布在两极板之间，而且场强的方向垂直于极板。
取一圆柱形高斯面，其中一底面在极板，另一底面在两板之间。
由高斯定理可得：1i iSE dS q ε•=∑⎰00S ES E σσεε⇒=⇒= 当在板外时，正负电荷相互抵消，则0E = 所以在两无限大的平行平面的电场分布为：0E σε=（板间区域） 0E = （板外区域）9.13 两平行平板相距为5mm ，均匀带电后，电势差为30V ，求两板之间的电场强度。
解：W qU Fs qEd U Ed ===⇒=， 因此两板之间的电场强度为：()3306000V m 510U E d -===⨯ 9.14 在一电荷面密度为σ的无限大均匀带电平板的电场中，求：⑴ 与平板的距离为d 的一点A 和平板之间的电势差；⑵ 与平板相距分别为1d ，2d 的两点B ，C 之间的电势差()12d d <；⑶ 有一质量为m ，带电e -电荷的尘粒，从点A 开始向平板移动，问达到平板上时的速率为多少？解：⑴ 00022AO A O dd d U U U Edl dl σσεε=-===-⎛⎜⎠⎰⑵ ()2211210022dd BC B C d d U U U Edl dl d d σσεε=-===-⎛⎜⎠⎰⑶ 电场力所作的功等于动能的增量。
20122AO e d eU mv v σε-==⇒=9.15 如图所示，在点电荷q +和q -产生的电场中，若将一点电荷0q +，沿箭头所示路径由a 点移至b 点，求外力所作的功。
解：000488a q q q U U U lllπεπεπε+-=+=-=0b U =电场力所作的功为：()00008ab a b a q qA q U U q U lπε=-==外力应克服电场力作功：008q qA lπε=-外 9.16 求题9.10中无限长带电直圆柱体的电势分布（以轴线为零电势参考点）解：电场强度分布为：102rE ρε=，0r R << 2202R E rρε=，r R >并由题意可知，电势为零的点为轴线处，即0r =处。
当0r R <<时，电势为：21104rrr U Edr E dr ρε===-⎰⎰当r R >时，电势为：22022100ln 42RrrR R R RU Edr E dr E dr rρρεε==+=-+⎰⎰⎰9.17 求题9.11中同心均匀带电球面在Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ三个区域内的电势分布。
解：电场强度的分布为：10E =，10r R << 122014Q E r πε=，12R r R <<1232014Q Q E r πε+=，2r R >当10r R <<时，12121123R R rrR R U Edr E dr E dr E dr ∞∞==++⎰⎰⎰⎰212112001144R R R Q Q Q r r πεπε∞+⎛⎫⎛⎫=-- ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭12010244Q Q R R πεπε=+当12R r R <<时，22223R rrR U Edr E dr E dr ∞∞==+⎰⎰⎰11202021144Q Q Q r R R πεπε⎛⎫+=-+⎪⎝⎭ 1200244Q Q rR πεπε=+当2r R >时，1212332001144rr r Q Q Q Q U Edr E dr dr rr πεπε∞∞∞++====⎛⎜⎠⎰⎰ 9.18 电荷Q 均匀分布在半径为R 的球体内，求球体内外的电势分布。
解：电场强度分布：由高斯定理得到：0SqEdS ε=⎰23302013444314Q r E r r R R r E Q r Rππεππε⎧=<⎪⎪⎨⎪=>⎪⎩电场强度的表达式为：()1304QrE r R R πε=< ()2204Q E r R r πε=>当r R <时，112RrrRU Edr E dr E dr ∞∞==+⎰⎰⎰2223300003422488QR r Q Q Qr R R Rπεπεπεπε⎛⎫=-+=- ⎪⎝⎭当r R >时，2204rrQ U Edr E dr rπε∞∞===⎰⎰9.19 已知某静电场的电势函数为()22667SI U x x y y =--。
求空间某点()2,3,0处的电场强度。
解：22667U x x y y =-- 612x UE xy x∂=-=-+∂， 2614y U E x y y ∂=-=+∂ 在（2，3，0）处，2,3,0x y z ===，66x E =，66y E =所以电场强度：ˆˆ6666E ij =+ 9.20 若有一电场，其电势表达式为()()122222ax bU x y x y =+++，式中a 和b 为恒量，求空间任意点的电场强度。