北邮(第四版)大学物理下答案

习题9

9.1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，则该面内必定没有净电荷；

（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：A]

(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，电势梯度不变的区域，电场强度必定为

。

[答案：恒矢量]

(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, 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：1：5]

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

2

220)3

3(π4130cos π412a q q a q '=︒εε

解得 q q 3

3-

='

(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2θ3,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，求每个小球所带的电量．

解: 如题9.4图示

⎪⎩

⎪

⎨⎧

===220)sin 2(π

41

sin 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2

04r

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: 02

0π4r r q E

ε=

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 =

2

024d q πε,又有人说，因为f =qE ,S

q

E 0ε=

，所以f =S

q 02

ε．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S

q

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S q

E 02ε=，另一板受它的作用力S

q S q

q f 02

022εε=

=，这

是两板间相互作用的电场力．

9.7 长l =15.0cm 的直导线AB 上均匀地分布着线密度λ=5.0x10-9 C/m 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2

0)

(d π41d x a x

E P -=

λε 2

22

)

(d π4d x a x

E E l l P P -=

=⎰

⎰-ελ

题9.7图

]2

12

1[π40

l a l a +

--=

ελ

)

4(π220l a l

-=

ελ

用15=l cm ，9

10

0.5-⨯=λ1m C -⋅, 5.12=a cm 代入得

21074.6⨯=P E 1C N -⋅ 方向水平向右

(2)同理 22

20d d π41d +=x x

E Q λε 方向如题9.7图所示

由于对称性⎰

=l

Qx

E 0d ，即Q E

只有y 分量，

∵ 22

2

222

20d d d d π41d ++=

x x x E Qy

λε

2

2π4d d ελ

⎰==l

Qy

Qy E E ⎰

-+22

2

3

222)

d (d l l x x

2

2022

2π4d l d

ε=

+

以9

10

0.5-⨯=λ1cm C -⋅, 15=l cm ,5d 2=cm 代入得