大学物理精讲精练答案
第十四章 稳恒磁场
例题答案:
例14-1
04πI l
例14-2 (C).
例14-3 μ0i ; 沿轴线方向朝右 例14-4 (D) 例14-5 (D)
例14-6 B=1.8×10-4 T ;α =225°,α为 B 与x 轴正向的夹角
【解】 取d l 段,其中电流为
π
=
π=π21=θ
θd 2d 2d d I R
IR R
l I I 在P 点 θμθμμd d 222d d 2
00
0R
I
I
R R I
B π=
π?
π=
π=
选坐标如图
R I B x 2
0d s i n d π-=
θ
θμ, R
I B y 2
0d c o s d π-=
θ
θμ
?ππ-=2
/0
2
0d s i n θθμR
I B x R I
2
0π-=μ
?ππ-=
2
/0
2
0d c o s θ
θμR
I B y R
I 2
0π-=
μ =
+=2
/12
2
)
(y x B B B =πR
I 2
02
μ 1.8×
10-4
T 方向 1/tg ==x y B B α, 225=α , 为 B 与x 轴正向的夹角。 例14-7 (1) a ._ 0 __ b . 2
πB R c . 2
πcos α-B R ;
(2) Φm =2
πcos θB R ; (3)
d =?
S
B S 0 。
例 14-8 -μ0I 1 ; μ0(I 1+I 2) ; 0. 例14-9 (D) 例14-10 (C) 例14-11 (B ) 例14-12 02
2
2()
μ=
πbI B R -a
例题14-6答案图
【解】 导体内的电流密度 )
a π(
b I J 2
2
-=
由于电流和磁场分布的对称性,磁感线是以轴为中心的一些同心圆,去半径为r 的一条磁感线为环路,有安培环路定理:
d I μ?=∑? B l
有 )(22
2202
2a
b a r I )a πr J(πμr B 2
0--=-=?μπ
r
a b π2a r I μB 2
2
2
20)()(--=
∴
例14-13 03
12()ln 22π
μ=
I F I -I ;
若 12I I >,则F 的方向向下;若12I I <,则F 的方向向上
【解】 载流导线MN 上任一点处的磁感强度大小为: )
(21
0x r I B +π=
μ)
2(22
0x r I -π-
μ
MN 上电流元I 3d x 所受磁力: x B I F d d 3=)
(2[1
03x r I I +π=μx x r I d ])
2(21
0-π-
μ
01
2
30
d 2π()
2π(2)?
??
???
?r
μI
μI F =I -
x r +x r -x 0310[d 2πr μ=-+?I I x r x 20
d ]2r -?
I x r x
]2ln 2ln [22130r r
I r r I I +π=μ ]2ln 2ln [22130I I I -π=μ 2ln )(22130I I I -π
=μ
若 12I I >,则F 的方向向下, 12I I <,则F 的方向向上。
例14-14 (A) 例14-15 012
(2ln 2ln 3)2π
=
-μaI I A
【解】如图示位置,线圈所受安培力的合力为
])
(22[1
0102a x I x
I aI F +π-π=μμ 方向向右,从x = a 到x = 2a 磁场所作的功为
?
+-
π
=a
a
x a
x x
I aI A 2210d )11
(
2μ )3ln 2ln 2(22
10-π
=
I aI μ
例14-16 (1) )(2
1210B B B +=,)(2
112B B B -=
;
(2) 012/)(μB B i -= ;
(3)
2
2
21
00
()d 2B B iB S
μ-=-=-
F j j
【解】设i 为载流平面的面电流密度,B 为无限大载流平面产生的磁场,0B 为均匀磁场的
磁感强度,作安培环路abcda ,由安培环路定理得:
I I 2
例题14-15答案图
d ih μ
?=? B l
ih Bh Bh 0μ=+ ∴ 012B i μ=
B B B -=01,B B B +=02
∴ )(2
1210B B B +=
,)(2
112B B B -=
012/)(μB B i -=
在无限大平面上沿z 轴方向上取长d l ,沿x 轴方向取宽d a ,则其面积为 d S = d l d a ,面元所受的安培力为: 00d d ()d ()i a lB i SB =-=-F j j
单位面积所受的力
22
21
00
()d 2B B iB S
μ-=-=-
F j j
例14-17 (D) 例14-18 (A)
例14-19 (1) M m = 9.40×10-4 N ·m ;
(2) θ = 15°
【解】 (1) 2
Ia p m =,方向垂直于线圈平面。
sin 90m m M p B p B =?=?
= 9.40×10-4 N ·m
(2) 设线圈绕AD 边转动,并且线圈稳定时,线圈平面与竖
直平面夹角为θ,则磁场对线圈的力矩为
1
s i n ()2
m m M p B p B θ=?=π-θc o s B p m =
重力
矩: )sin 2
1(2sin θθa mg mga L +=θρsin 22
g S a = =θc o s
B p m θρs i n 22
g S a 712.3)/(2ctg ==BI g S ρθ 于是 o
15θ=
例14-20 0.80×10-13k (N)
例14-21 (B) 例14-22 (C) 例14-23 (D)
练习题答案:
14-1
3
2
B )θ-π例题14-19
答案图
解:通电圆环中心处磁感应强度0I
B R
μ=
2,
由题意,12B B =,所以有
121
2
I I R R =,即1112
2
2
23
I R l I R l ===
14-2
0I B a
=
π
解:电流在O 点产生的磁场相当于CA +AD 一段导线上电流产生的磁场, ∴
002[cos 45cos135]I I B a a
μ=?
?-?=
π4π?
2
14-3 (1))8/(0R I μ, (2)0 14-4 213R R = 解:0011
1
12I
I
B R R μμ=
?=
24,方向垂直纸面向里;
0022
2
12I
I
B R R μμ=
?=
24,方向垂直纸面向外;
12223
B B B B =+=
,
0002
1
1
23
I
I
I
R R R μμμ-
=
?
444
所以213R R =
14-5
b
b a a
I
+πln
20μ
解:取宽为d x 的长直导线,其上通有电流d d I I x a
=
,在P 点处产生磁感应强度为
00d d d ππI
I
B x x
ax
μμ=
=
22, 则0001d d d ln
πππa b b
I I
I
a b B B x x ax
a
x
a
b
μμμ++=
=
=
=
222???
14-6 R =2r
解:在圆盘上取宽度为d r 的圆环,其上带电量d d 2πd q S r r σσ==,
电流d 2πd d d d 2πq r r
I r r t
σσω==
=,00d d =
d 22
I
B r r
μμσω
=
,
0010
=d =d 2
2
r B B r r μσω
μσω
=
??
,()002=d =d 2
2
R r
B B r R r μσω
μσω
=
-??
,
12B B =,所以R =2r
14-7 π×10-3 T
解:长直螺线管内部磁感应强度:
7
3
00
3
11410
0.510T 0.210
B nI I d
μμππ---===??
?=??
14-8 0μI ; 0 ; 02I μ
14-9 (1) 201/(2)μπrI R ;
(2)0/2μπI r ;
(3) 0
解:(1) 取半径r 的闭合回路,逆时针为正方向,由安培环路定理:
d 0I μ=∑?
i l
B l 2
002
21
1
Ir
I
B 2r I B =
r 2r R
2R
μμπμππππ'??=??=
;
(2) 取半径r 的闭合回路,逆时针为正方向,由安培环路定理:
d 0I μ=∑?
i l
B l 00I
B 2r I B =
2r
μπμπ??=? ;
(2) 取半径r 的闭合回路,逆时针为正方向,由安培环路定理:
d 0
I
μ=∑? i
l
B l 00B 2r B =π??=?
14-10 21ΦΦΦ+=π
=
40I
μ2ln 20π
+
I
μ
解:在圆柱体内部与导体中心轴线相距为r 处的磁感强度的大小,由安培环路定
律可得: )(22
0R r r R
I
B ≤π=μ 因而,穿过导体内画斜线部分平面的磁通Φ1为
???=
=S B S B d d 1
Φr r R
I
R
d 20
2
0?π=
μπ
=40I
μ
在圆形导体外,与导体中心轴线相距r 处的磁感强度大小为
)(20
R r r
I
B >π=μ 因而,穿过导体外画斜线部分平面的磁通Φ2为
??=S B
d 2
Φr r
I
R
R
d 220?π=
μ2ln 20π
=
I
μ
穿过整个矩形平面的磁通量 21ΦΦΦ+=π
=
40I
μ2ln 20π
+
I
μ
14-11 )
3(2200x a I
x
I
B -π+
π=
μμ )2
52
(
a x a ≤≤ B 的方向垂直x 轴及图面向里
解:由磁场的磁感应强度叠加,知 00122π2π(3)
I I B B B x
a x μμ=+=
+
-,
方向垂直x 轴及图面向里
14-12 答:安培环路定理只适用于闭合电流,有限长载流直导线不闭合,故环路定律不适用. 14-13 012
ln
2μI I l
b F =
π
b -a
a
解:d =α
cos dr ,cos b a α-=
,
2
2
)a b (sin --=
α,
所有电流元受力方向相同,积分可得电流I 2受磁力大小 F=?πμr
2I d I 102
=
?
απ
μ-b
a
1
2
10dr r
1cos
2I I =
a
b ln
a b 2I I 2
10-π
μ ,
则有F y =F ?cos α=a
b ln
2I I 2
10π
μ,F X =-Fsin α=-F
()
2
2
a b --=-
()a
b ln
a
b a b 2I I 2
2
2
10---π
μ
。
14-14 ωλB R 3
π;在图面中向上 解:根据线圈在磁场中受到的磁力矩:
B m M ?=,线圈磁矩为n e m NIS =,则带电圆环旋转时产生电流
22Q R
I R T
λπλωπω
=
=
= ,23
m NIS =R R R λωππλω==,
所以磁力矩大小3
M mB R B πλω==,方向在图面中竖直向上。 14-15 (1)6.67×10-7 T (2)7.20×10-7 A ·m 2 解:(1)运动带电质点在O 点产生的磁场的磁感应强度B 的大小:
024qv B R μπ=?,带入数值,得7
6.6710T B -=?;
(2)带电质点产生的磁矩大小m N IS =,22Q q qv I T R v
R
ππ=
=
=
,
I 1 x d
所以2
122
qv m IS =
R qvR R
ππ=?=
,带入数值,得m =7.20×10-7 A ·m
2
14-162sin 60v L =R =
eB
解:运动电荷在磁场中运动的轨迹半径m v R =eB
,
入射点和出射点之间距离为2sin 60v L =R =eB
。
第十五章 磁介质
例题答案:
例15-1 I / (2πr ); μI / (2πr )
例15-2 (D )
例15-3 矫顽力较小,磁滞损耗小;适宜于制造变压器、电磁铁和电机中的铁心 例15-4 铁磁质;顺磁质;抗磁质 例15-5 矫顽力小;容易退磁
练习题答案:
15-1 (A) 15-2 (D) 15-3 (B)
15-4 (C)
15-5 答:不能。因为它并不是真正在磁介质表面流动的传导电流,而是由分子电流叠加而成,只是在产生磁场这一点上与传导电流相似。
第十六章 变化的电磁场
例题答案:
例16-1 (A ) 例16-2 (C )
例16-3 2
10
5)/()(-?=+=NS r R q B T
【解】设在时间t 1→t 2中线圈法线从平行于磁场的位置转到垂直于磁场的位置,则在t 1时刻线圈中的总磁通为NBS N =Φ (S 为线圈的面积),在t 2时刻线圈的总磁通为零,
于是在t 1→t 2时间内总磁通变化为 N B S N -=?)(Φ 令t 时刻线圈中的感应电动势为ε,则电流计中通过的感应电流为
d d ε==-N Φi R +r
R +r t
t 1→t 2时间内通过的电荷为
d d t t ΦΦ?=
=-
=-
=
??
2
2
1
1
N N N BS q i t ΦΦR +r
R +r
R +r
∴ 2105)/()(-?=+=NS r R q B T 例16-4 (1) ()=t Φ0ln 2π
μI l b +vt a +vt
(2) 0()
2με=
πlI b -a ab
v
【解】 (1) 0()d d 2πS
μI
t l r r
=?=
?? B S Φ0d 2π
b t
a t
μIl r r
++=
?
v v 0ln
2π
μIl b +t a +t
=
v v
(2) 00
()
d d 2πt lI b -a Φt
ab
με==-
=
v
例16-5 (D )
例16-6 (B)
例16-7 0(ln
)2πμε=-Ib a +d
a v a
d
a +d
; 方向:ACBA (即顺时针)
【解】建立坐标系,长直导线为y 轴,BC 边为x 轴,原点在长直导线上,则斜边的方程为
a br a bx y /)/(-= ,式中r 是t 时刻B 点与长直导线的距离。 三角形中磁通量 00d (
)d 2π
2π
a+r
a+r
r
r
μI μI y b br x x x
a
ax Φ=
=-
?
?
)ln
(20r
r a a
br b I
+-
π
=μ
0d d (ln
)
d 2d με=-
=
-
πIb
Φ
a +r
a
r
t a r a +r t
当r =d 时, 0(l n )2πIb
a +d a a d a +d
με=
-v 方向:ACBA (即顺时针)
例16-8 (D )
例16-9 (D )
例16-10 ε=3.68mV ;方向:沿adcb 绕向. 【解】大小:d d d d Φt S B t ε== 2
2
11d d (
sin )d /d 22
S B t =R oa B t εθθ=-
?
=3.68mV 方向:沿adcb 绕向。 例16-11 (A ) 例16-12 (C ) 例16-13 (D ) 例16-14 0.400H 例16-15 (D) 例
16-16 (C)
例16-17 (D)
例16-18 (C) 例16-19 (C) 例16-20 (A)
练习题答案:
16-1 =m I π2×10-1
A = 0.987 A
解: n =1000 (匝/m)
nI B 0μ=
nI a B a 022μΦ=?= 2
0d d d d Φ=-=-I N
N a n
t
t
εμ=π2×10-1
sin 100 πt (SI)
/m m I R ε==π2×10-1 A = 0.987 A
16-2 2
021
π()d ()2d μσω=-
?'
r R -R t i R t
方向:当d ω (t ) /d t >0时,i 与选定的正方向相反.
当d ω (t ) /d t <0时,i 与选定的正方向相同. 解:取半径为r ,宽度为dr 的带电圆环,产生的电流d d 2d d d d d 2q S
r r
I r r t
t
σσπσωπω
==
=
=,
在圆心处产生的磁场磁感应强度00d 1d d 22
I
B r r
μμσω==
,
整个圆环在圆心处产生的221
1
00211
1=d d ()2
2
R R R R B B r R R μσωμσω=
=-?
?
,
则小导体环里通过的磁通量2
0211()2
B S R R r φμσωπ=?=-,
导体环中的感应电流2
0211d 1d ()d 2d i R R r
R R t
R t
ε
φ
ωμσπ=
=-
?=-
-'''
。
方向:当d ω (t ) /d t >0时,i 与选定的正方向相反. 当d ω (t ) /d t <0时,i 与选定的正方向相同.
16-3 04
ln 23
μεα=π
d ;线圈中的感应电流是顺时针方向.
解:(1) 载流为I 的无限长直导线在与其相距为r 处产生的磁感强度为:
)2/(0r I B π=μ
以顺时针绕向为线圈回路的正方向,与线圈相距较远的导线在线圈中产生的磁通量为:
2
3ln
2d 203201π
=
π?
=
?Id
r r
I
d d
d
μμΦ
与线圈相距较近的导线对线圈的磁通量为:
2ln 2d 20202π
-
=π?
-=
?Id
r r
I
d d
d
μμΦ
总磁通量 3
4ln 2021π
-
=+=Id
μΦΦΦ
感应电动势为: 00d 4
d 4
(ln )
ln d 23
d 23
d d I t t μμεα=-==ππΦ 由ε>0和回路正方向为顺时针,所以 的绕向为顺时针方向,线圈中的感应电流
亦是顺时针方向. 16-4 ε22
1sin 2
ωθ=
B L ; ε的方向沿着杆指向上端
解:在距O 点为l 处的d l 线元中的动生电动势为 d ()d v B l ε=??
θωsin l =v ∴ L
1d (v )d v s i n ()c o s
d 2
L
B l B l εα=?=π??? ??==Λ
θωθθωL
l l B l lB 0
2
d sin sin d sin
θω2
2s i n 2
1BL =
ε的方向沿着杆指向上端.
16-5 2
310
ω=-
a b U -U B L
解:Ob 间的动生电动势:
4/54/5
10
(v )d d L L B l Bl l εω=??=?? 2
250
16)54(21BL L B ωω=
= b 点电势高于O 点.
Oa 间的动生电动势:
/5
/520
(v )d d L L B l Bl l εω=?=??? 2
250
1)51(21BL L B ωω=
= a 点电势高于O 点. ∴ 2
2
2111650
50
a b U U B L B L εεωω-=-=
-
2
2
10
350
15BL BL ωω-
=-
=
16-6 ()02ln 2π
2a b μI a b
ε+=+v ; D 端电势高
解:以C 点为坐标原点,沿CD 方向建立x 轴正方向,取距离C 点x 位置处,长度为dx 的
杆,两导线在该位置处产生的磁场的磁感应强度: ()
()
00222I I B a x a x μμππ=
-
++,方向垂直纸面向外,
产生的感应电动势:()()00d d d 222I I
vB x v x a x a x μμεππ??==-??++?
?,
CD 杆上产生的感应电动势:
O
B
?v
()()()()()000000d d ln ln 222222ln 22b
b I I Iv
v x a x a x a x a x a b Iv a b
μμμεεπππμπ??==-=+-+??????++??+=+?? D 端电势高
16-7 30d /d (2/3)cos i εΦωω=-=-πt B a t ;当 i ε >0时,电动势沿顺时针方向. 解:取回路正向顺时针,则
r t r B
r r B a
d s i n 2d 20
2
ωΦ??π=π=
t a B ωs i n )3/2(30π=
3
d /d (2/3)c o s
i t B a t εΦωω=-=-π 当 i ε>0时,电动势沿顺时针方向. 16-8 证明
证:取长直导线之一的轴线上一点作坐标原点,设电流为I ,则在两长直导线的平面上两线之间的区域中B 的分布为
r I B π=20μ)
(20r d I
-π+μ
穿过单位长的一对导线所围面积(如图中阴影所示)的磁通为
==
?
?S
S B d Φr r
d r
I a
d a
d )11(
20
?
--+
π
μa
a d I -π
=
ln
μ a
a d I
L -π
=
=
ln
μΦ
16-9 =1.26A I 解: 2
02
0)(2
12
1nI H
w μμ=
=
∴ 26.1/)/2(0==n w I μ A 16-10
证明:长直导线内任意一点磁场的磁感应强度02
2πIr
B R
μ=
,
对应该点处的磁场能量密度222
02
4
128I r
B
w R
μμπ=
=
,
单位长度导线所储存的磁能为:2223
2
0002
4
4
d 2d d 8416R I r
I r I
W V r r r R
R
μμμωππ
ππ
==?=
=
???
第十七章电磁波
例题答案:
例17-1 (C)
例17-2垂直;横:相同;同时
例17-3-52
?
1.5910W/m
练习题答案:
17-1 证明略
17-2 8
?
210m/s
17-3 能流密度矢量,其大小表示单位时间内流过与能量传输方向垂直的单位横截面积的能量,其方向为能量的传输方向;S E H
=?
大学物理学下册答案第11章
第11章 稳恒磁场 习 题 一 选择题 11-1 边长为l 的正方形线圈,分别用图11-1中所示的两种方式通以电流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应强度的大小分别为:[ ] (A )10B =,20B = (B )10B = ,02I B l π= (C )01I B l π= ,20B = (D )01I B l π= ,02I B l π= 答案:C 解析:有限长直导线在空间激发的磁感应强度大小为012(cos cos )4I B d μθθπ= -,并结合右手螺旋定则判断磁感应强度方向,按照磁场的叠加原理,可计 算 01I B l π= ,20B =。故正确答案为(C )。 11-2 两个载有相等电流I 的半径为R 的圆线圈一个处于水平位置,一个处于竖直位置,两个线圈的圆心重合,如图11-2所示,则在圆心O 处的磁感应强度大小为多少? [ ] (A )0 (B )R I 2/0μ (C )R I 2/20μ (D )R I /0μ 答案:C 解析:圆线圈在圆心处的磁感应强度大小为120/2B B I R μ==,按照右手螺旋定 习题11-1图 习题11-2图
则判断知1B 和2B 的方向相互垂直,依照磁场的矢量叠加原理,计算可得圆心O 处的磁感应强度大小为0/2B I R =。 11-3 如图11-3所示,在均匀磁场B 中,有一个半径为R 的半球面S ,S 边线所在平面的单位法线矢量n 与磁感应强度B 的夹角为α,则通过该半球面的磁通量的大小为[ ] (A )B R 2π (B )B R 22π (C )2cos R B πα (D )2sin R B πα 答案:C 解析:通过半球面的磁感应线线必通过底面,因此2cos m B S R B παΦ=?= 。故正 确答案为(C )。 11-4 如图11-4所示,在无限长载流直导线附近作一球形闭合曲面S ,当曲面S 向长直导线靠近时,穿过曲面S 的磁通量Φ B 将如何变化?[ ] ( A )Φ增大, B 也增大 (B )Φ不变,B 也不变 ( C )Φ增大,B 不变 ( D )Φ不变,B 增大 答案:D 解析:根据磁场的高斯定理0S BdS Φ==? ,通过闭合曲面S 的磁感应强度始终为0,保持不变。无限长载流直导线在空间中激发的磁感应强度大小为02I B d μπ= ,曲面S 靠近长直导线时,距离d 减小,从而B 增大。故正确答案为(D )。 11-5下列说法正确的是[ ] (A) 闭合回路上各点磁感应强度都为零时,回路内一定没有电流穿过 (B) 闭合回路上各点磁感应强度都为零时,回路内穿过电流的代数和必定为零 (C) 磁感应强度沿闭合回路的积分为零时,回路上各点的磁感应强度必定为零 (D) 磁感应强度沿闭合回路的积分不为零时,回路上任意一点的磁感应强度 I 习题11-4图 习题11-3图
大学物理教程 (上)课后习题 答案
物理部分课后习题答案(标有红色记号的为老师让看的题) 27页 1-2 1-4 1-12 1-2 质点的运动方程为22,(1)x t y t ==-,,x y 都以米为单位,t 以秒为单位, 求: (1) 质点的运动轨迹; (2) 从1t s =到2t s =质点的位移的大小; (3) 2t s =时,质点的速度和加速度。 解:(1)由运动方程消去时间t 可得轨迹方程,将t = 代入,有 2 1) y =- 或 1= (2)将1t s =和2t s =代入,有 11r i = , 241r i j =+ 213r r r i j =-=- 位移的大小 r = = (3) 2x dx v t dt = = 2(1)y dy v t dt = =- 22(1)v ti t j =+- 2 x x dv a dt = =, 2y y dv a dt = = 22a i j =+ 当2t s =时,速度和加速度分别为 42/v i j m s =+ 22a i j =+ m/s 2 1-4 设质点的运动方程为cos sin ()r R ti R t j SI ωω=+ ,式中的R 、ω均为常 量。求(1)质点的速度;(2)速率的变化率。
解 (1)质点的速度为 sin cos d r v R ti R t j dt ωωωω==-+ (2)质点的速率为 v R ω = = 速率的变化率为 0dv dt = 1-12 质点沿半径为R 的圆周运动,其运动规律为232()t SI θ=+。求质点在t 时刻的法向加速度n a 的大小和角加速度β的大小。 解 由于 4d t d t θω= = 质点在t 时刻的法向加速度n a 的大小为 2 2 16n a R R t ω == 角加速度β的大小为 2 4/d ra d s d t ωβ== 77 页2-15, 2-30, 2-34, 2-15 设作用于质量1m kg =的物体上的力63()F t SI =+,如果物体在这一力作用 下,由静止开始沿直线运动,求在0到2.0s 的时间内力F 对物体的冲量。 解 由冲量的定义,有 2.0 2.0 2.02 (63)(33) 18I Fdt t dt t t N s = =+=+=? ? 2-21 飞机着陆后在跑道上滑行,若撤除牵引力后,飞机受到与速度成正比的阻力 (空气阻力和摩擦力)f kv =-(k 为常数)作用。设撤除牵引力时为0t =,初速度为0v ,求(1)滑行中速度v 与时间t 的关系;(2)0到t 时间内飞机所滑行的路程;(3)飞机停止前所滑行的路程。 解 (1)飞机在运动过程中只受到阻力作用,根据牛顿第二定律,有 dv f m kv dt ==- 即 d v k dt v m =- 两边积分,速度v 与时间t 的关系为 2-31 一质量为m 的人造地球卫星沿一圆形轨道运动,离开地面的高度等于地球
大学物理学 答案
作业 1-1填空题 (1) 一质点,以1-?s m π的匀速率作半径为5m 的圆周运动,则该质点在5s 内,位移的大 小是 ;经过的路程 是 。 [答案: 10m ; 5πm] (2) 一质点沿x 方向运动,其加速度随时间 的变化关系为a=3+2t (SI),如果初始时刻 质点的速度v 0为5m 2s -1,则当t 为3s 时, 质点的速度v= 。 [答案: 23m 2s -1 ] 1-2选择题 (1) 一质点作直线运动,某时刻的瞬时 速度s m v /2=,瞬时加速度2/2s m a -=,则 一秒钟后质点的速度 (A)等于零 (B)等于-2m/s (C)等于2m/s (D)不能确定。 [答案:D] (2) 一质点沿半径为R 的圆周作匀速率运 动,每t 秒转一圈,在2t 时间间隔中,其
平均速度大小和平均速率大小分别为 (A)t R t R ππ2,2 (B) t R π2,0 (C) 0,0 (D) 0,2t R π [答案:B] (3)一运动质点在某瞬时位于矢径) ,(y x r 的端点处,其速度大小为 (A)dt dr (B)dt r d (C)dt r d || (D) 22)()(dt dy dt dx + [答案:D] 1-4 下面几个质点运动学方程,哪个是匀变速直线运动? (1)x=4t-3;(2)x=-4t 3+3t 2+6;(3) x=-2t 2+8t+4;(4)x=2/t 2-4/t 。 给出这个匀变速直线运动在t=3s 时的 速度和加速度,并说明该时刻运动是加速 的还是减速的。(x 单位为m ,t 单位为s ) 解:匀变速直线运动即加速度为不等于
大学物理第三版下册答案(供参考)
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 2 2 2 0) 3 3 ( π4 1 30 cos π4 1 2 a q q a q' = ? ε ε 解得q q 3 3 - =' (2)与三角形边长无关. 题8-1图题8-2图 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? Rd dl= 题8-7图 ? λ λd d d R l q= =,它在O点产生场强大小为
2 0π4d d R R E ε? λ= 方向沿半径向外 则 ??ελ ?d sin π4sin d d 0R E E x = = ??ελ ?πd cos π4)cos(d d 0R E E y -= -= 积分R R E x 000 π2d sin π4ελ ??ελπ == ? 0d cos π400 =-=? ??ελ π R E y ∴ R E E x 0π2ελ = =,方向沿x 轴正向. 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0 d ε∑? = ?q S E s 取同轴圆柱形高斯面,侧面积rl S π2= 则 rl E S E S π2d =?? 对(1) 1R r < 0,0==∑E q (2) 21R r R << λl q =∑ ∴ r E 0π2ελ = 沿径向向外
大学物理简明教程(吕金钟)第四章习题答案
第四章电磁学基础 静电学部分 4.2解:平衡状态下受力分析 +q受到的力为: 处于平衡状态: (1) 同理,4q 受到的力为: (2) 通过(1)和(2)联立,可得:, 4.3解:根据点电荷的电场公式: 点电荷到场点的距离为: 两个正电荷在P点产生的电场强度关于中垂线对称: 所以: 当与点电荷电场分布相似,在很远处,两个正电荷q组成的电荷系的电场分布,与带电量为2q的点电荷的电场分布一样。 4.4解:取一线元,在圆心处 产生场强: 分解,垂直x方向的分量抵消,沿x方向 的分量叠加: 方向:沿x正方向 4.5解:(1 (2)两电荷异号,电场强度为零的点在外侧。 4.7解:线密度为λ,分析半圆部分: 点电荷电场公式: + +
在本题中: 电场分布关于x 轴对称:, 进行积分处理,上限为,下限为: 方向沿x轴向右,正方向 分析两个半无限长: ,,, 两个半无限长,关于x轴对称,在y方向的分量为0,在x方向的分量: 在本题中,r为场点O到半无限长线的垂直距离。电场强度的方向沿x轴负方向,向左。那么大O点的电场强度为: 4.8解:E的方向与半球面的轴平行,那么 通过以R为半径圆周边线的任意曲面的 电通量相等。所以 通过S1和S2的电通量等效于通过以R为半 径圆面的电通量,即: 4.9解:均匀带电球面的场强分布: 球面 R 1 、R2的场强分布为: 根据叠加原理,整个空间分为三部分: 根据高斯定理,取高斯面求场强: 图4-94 习题4.8用图 S1 S2 R O
场强分布: 方向:沿径向向外 4.10解:(1)、这是个球对称的问题 当时,高斯面对包围电荷为Q 当,高斯面内包围电荷为q 方向沿径向 (2)、证明:设电荷体密度为 这是一个电荷非足够对称分布的带电体,不能直接用高斯定理求解。但可以把这一带电体看成半径为R、电荷体密度为ρ的均匀带电球体和半径为R`、电荷体密度为-ρ的均匀带电体球相叠加,相当于在原空腔同时补上电荷体密度为ρ和-ρ的球体。由电场 叠加原理,空腔内任一点P的电场强度为: 在电荷体密度为ρ球体内部某点电场为: 在电荷体密度为-ρ球体内部某点电场为: 所以 4.11解:利用高斯定理,把空间分成三部分
赵近芳版《大学物理学上册》课后答案
1 习题解答 习题一 1-1 |r ?|与r ? 有无不同? t d d r 和 t d d r 有无不同? t d d v 和 t d d v 有无不同?其不同在哪里?试举例说明. 解:(1) r ?是位移的模,? r 是位矢的模的增量,即r ?1 2r r -=,1 2r r r -=?; (2) t d d r 是速度的模,即 t d d r = =v t s d d .t r d d 只是速度在径向上的分量. ∵有r r ?r =(式中r ?叫做单位矢),则t ?r ?t r t d d d d d d r r r += 式中t r d d 就是速度径向上的分量, ∴ t r t d d d d 与 r 不同如题1-1图所示 . 题1-1图 (3) t d d v 表示加速度的模,即t v a d d = , t v d d 是加速度a 在切向上的分量. ∵有ττ (v =v 表轨道节线方向单位矢) ,所以 t v t v t v d d d d d d ττ += 式中dt dv 就是加速度的切向分量. (t t r d ?d d ?d τ 与的运算较复杂,超出教材规定,故不予讨论) 1-2 设质点的运动方程为x =x (t ),y = y (t ),在计算质点的速度和加速度时,有人先求出r =2 2y x +,然后根据v = t r d d ,及a = 2 2d d t r 而求得结果;又有人先计算速度和加速度的分量,再合成求得结果,即 v = 2 2d d d d ?? ? ??+??? ??t y t x 及a = 2 22222d d d d ??? ? ??+???? ??t y t x 你认为两种方法哪一种正确?为什么?两者差别何在? 解:后一种方法正确.因为速度与加速度都是矢量,在平面直角坐标系中,有j y i x r +=, j t y i t x t r a j t y i t x t r v 222222d d d d d d d d d d d d +==+==∴ 故它们的模即为
大学物理 简明教程 第二版 课后习题 答案 赵进芳
大学物理 简明教程 习题 解答 答案 习题一 1-1 |r ?|与r ?有无不同?t d d r 和t d d r 有无不同? t d d v 和t d d v 有无不同?其不同在哪里?试举例说明. 解:(1)r ?是位移的模,?r 是位矢的模的增量,即r ?12r r -=,12r r r -=?; (2)t d d r 是速度的模,即t d d r ==v t s d d . t r d d 只是速度在径向上的分量. ∵有r r ?r =(式中r ?叫做单位矢),则 t ?r ?t r t d d d d d d r r r += 式中t r d d 就是速度径向上的分量, ∴t r t d d d d 与 r 不同如题1-1图所示 . 题1-1图 (3)t d d v 表示加速度的模,即 t v a d d = ,t v d d 是加速度a 在切向上的分量. ∵有ττ (v =v 表轨道节线方向单位矢),所以 t v t v t v d d d d d d ττ += 式中dt dv 就是加速度的切向分量. (t t r d ?d d ?d τ 与 的运算较复杂,超出教材规定,故不予讨论) 1-2 设质点的运动方程为x =x (t ),y =y (t ),在计算质点的速度和加速度时, 有人先求出r =22y x +,然后根据v =t r d d ,及a =22d d t r 而求得结果;又有人先 计算速度和加速度的分量,再合成求得结果,即 v =2 2 d d d d ??? ??+??? ??t y t x 及a = 2 22222d d d d ? ??? ??+???? ??t y t x 你认为两种方法哪一种正确?为什么?两者差别何在? 解:后一种方法正确.因为速度与加速度都是矢量,在平面直角坐标系中,有
大学物理学(第三版)课后习题参考答案
习题1 1.1选择题 (1) 一运动质点在某瞬时位于矢径),(y x r 的端点处,其速度大小为 (A)dt dr (B)dt r d (C)dt r d | | (D) 22)()(dt dy dt dx + [答案:D] (2) 一质点作直线运动,某时刻的瞬时速度s m v /2=,瞬时加速度2 /2s m a -=,则 一秒钟后质点的速度 (A)等于零 (B)等于-2m/s (C)等于2m/s (D)不能确定。 [答案:D] (3) 一质点沿半径为R 的圆周作匀速率运动,每t 秒转一圈,在2t 时间间隔中,其平均速度大小和平均速率大小分别为 (A) t R t R ππ2, 2 (B) t R π2,0 (C) 0,0 (D) 0,2t R π [答案:B] 1.2填空题 (1) 一质点,以1 -?s m π的匀速率作半径为5m 的圆周运动,则该质点在5s 内,位移的大小是 ;经过的路程是 。 [答案: 10m ; 5πm] (2) 一质点沿x 方向运动,其加速度随时间的变化关系为a=3+2t (SI),如果初始时刻质点的 速度v 0为5m ·s -1 ,则当t 为3s 时,质点的速度v= 。 [答案: 23m ·s -1 ] (3) 轮船在水上以相对于水的速度1V 航行,水流速度为2V ,一人相对于甲板以速度3V 行走。如人相对于岸静止,则1V 、2V 和3V 的关系是 。 [答案: 0321=++V V V ]
1.3 一个物体能否被看作质点,你认为主要由以下三个因素中哪个因素决定: (1) 物体的大小和形状; (2) 物体的内部结构; (3) 所研究问题的性质。 解:只有当物体的尺寸远小于其运动范围时才可忽略其大小的影响,因此主要由所研究问题的性质决定。 1.4 下面几个质点运动学方程,哪个是匀变速直线运动? (1)x=4t-3;(2)x=-4t 3+3t 2+6;(3)x=-2t 2+8t+4;(4)x=2/t 2 -4/t 。 给出这个匀变速直线运动在t=3s 时的速度和加速度,并说明该时刻运动是加速的还是减速的。(x 单位为m ,t 单位为s ) 解:匀变速直线运动即加速度为不等于零的常数时的运动。加速度又是位移对时间的两阶导数。于是可得(3)为匀变速直线运动。 其速度和加速度表达式分别为 2 2484 dx v t dt d x a dt = =+== t=3s 时的速度和加速度分别为v =20m/s ,a =4m/s 2 。因加速度为正所以是加速的。 1.5 在以下几种运动中,质点的切向加速度、法向加速度以及加速度哪些为零哪些不为零? (1) 匀速直线运动;(2) 匀速曲线运动;(3) 变速直线运动;(4) 变速曲线运动。 解:(1) 质点作匀速直线运动时,其切向加速度、法向加速度及加速度均为零; (2) 质点作匀速曲线运动时,其切向加速度为零,法向加速度和加速度均不为零; (3) 质点作变速直线运动时,其法向加速度为零,切向加速度和加速度均不为零; (4) 质点作变速曲线运动时,其切向加速度、法向加速度及加速度均不为零。 1.6 |r ?|与r ? 有无不同?t d d r 和d d r t 有无不同? t d d v 和t d d v 有无不同?其不同在哪里?试举例说明. 解:(1)r ?是位移的模,?r 是位矢的模的增量,即r ?12r r -=,12r r r -=?; (2) t d d r 是速度的模,即t d d r ==v t s d d . t r d d 只是速度在径向上的分量. ∵有r r ?r =(式中r ?叫做单位矢),则 t ?r ?t r t d d d d d d r r r += 式中 t r d d 就是速度在径向上的分量,
大学物理学上册习题解答
大学物理学习题答案 习题一答案 习题一 1.1 简要回答下列问题: (1) 位移和路程有何区别?在什么情况下二者的量值相等?在什么情况下二者的量值不相等? (2) 平均速度和平均速率有何区别?在什么情况下二者的量值相等? (3) 瞬时速度和平均速度的关系和区别是什么?瞬时速率和平均速率的关系和区别又是什么? (4) 质点的位矢方向不变,它是否一定做直线运动?质点做直线运动,其位矢的方向是否一定保持不变? (5) r ?v 和r ?v 有区别吗?v ?v 和v ?v 有区别吗?0dv dt =v 和0d v dt =v 各代表什么运动? (6) 设质点的运动方程为:()x x t = ,()y y t =,在计算质点的速度和加速度时,有人先求出 r = dr v dt = 及 22d r a dt = 而求得结果;又有人先计算速度和加速度的分量,再合成求得结果,即 v = 及 a = 你认为两种方法哪一种正确?两者区别何在? (7) 如果一质点的加速度与时间的关系是线性的,那么,该质点的速度和位矢与时间的关系是否也是线性 的? (8) “物体做曲线运动时,速度方向一定在运动轨道的切线方向,法向分速度恒为零,因此其法向加速度 也一定为零.”这种说法正确吗? (9) 任意平面曲线运动的加速度的方向总指向曲线凹进那一侧,为什么? (10) 质点沿圆周运动,且速率随时间均匀增大,n a 、t a 、a 三者的大小是否随时间改变? (11) 一个人在以恒定速度运动的火车上竖直向上抛出一石子,此石子能否落回他的手中?如果石子抛出后,火车以恒定加速度前进,结果又如何? 1.2 一质点沿x 轴运动,坐标与时间的变化关系为224t t x -=,式中t x ,分别以m 、s 为单位,试计算:(1)在最初s 2内的位移、平均速度和s 2末的瞬时速度;(2)s 1末到s 3末的平均加速度;(3)s 3末的瞬时加速度。 解: (1) 最初s 2内的位移为为: (2)(0)000(/)x x x m s ?=-=-= 最初s 2内的平均速度为: 0(/)2 ave x v m s t ?= ==?
大学物理学吴柳下答案
大学物理学下册 吴柳 第12章 12.1 一个封闭的立方体形的容器,内部空间被一导热的、不漏气的、可移动的隔板分为两部分,开始其内为真空,隔板位于容器的正中间(即隔板两侧的长度都为l 0),如图12-30所示.当两侧各充以p 1,T 1与 p 2,T 2的相同气体后, 长度之比是多少)? 解: 活塞两侧气体的始末状态满足各自的理想气体状态方程 左侧: T pV T V p 111= 得, T pT V p V 1 11= 右侧: T pV T V p 222= 得, T pT V p V 2 22= 122121T p T p V V = 即隔板两侧的长度之比 1 22121T p T p l l = 12.2 已知容器内有某种理想气体,其温度和压强分别为T =273K,p =1.0×10-2 atm ,密度32kg/m 1024.1-?=ρ.求该气体的摩尔质量. 解: nkT p = (1) nm =ρ (2) A mN M = (3) 由以上三式联立得: 1235 2232028.010022.610 013.1100.12731038.11024.1----?=?????????==mol kg N p kT M A ρ 12.3 可用下述方法测定气体的摩尔质量:容积为V 的容器内装满被试验的气体,测出其压力为p 1,温度为T ,并测出容器连同气体的质量为M 1,然后除去一部分气体,使其压力降为p 2,温度不变,容器连同气体的质量为M 2,试求该气体的摩尔质量. 解: () V V -2 2p T )(21M M - V 1p T 1M V 2p T 2M 221V p V p = (1) ( )()RT M M M V V p 21 22-=- (2)
大学物理课程教学基本要求
大学物理课程教学基本 要求 文件排版存档编号:[UYTR-OUPT28-KBNTL98-UYNN208]
非物理类理工学科大学物理课程教学基本要求(正式报告稿)物理学是研究物质的基本结构、基本运动形式、相互作用的自然科学。它 的基本理论渗透在自然科学的各个领域,应用于生产技术的许多部门,是其他 自然科学和工程技术的基础。 在人类追求真理、探索未知世界的过程中,物理学展现了一系列科学的世 界观和方法论,深刻影响着人类对物质世界的基本认识、人类的思维方式和社 会生活,是人类文明发展的基石,在人才的科学素质培养中具有重要的地位。 一、课程的地位、作用和任务 以物理学基础为内容的大学物理课程,是高等学校理工科各专业学生一门 重要的通识性必修基础课。该课程所教授的基本概念、基本理论和基本方法是 构成学生科学素养的重要组成部分,是一个科学工作者和工程技术人员所必备 的。 大学物理课程在为学生系统地打好必要的物理基础,培养学生树立科学的 世界观,增强学生分析问题和解决问题的能力,培养学生的探索精神和创新意 识等方面,具有其他课程不能替代的重要作用。 通过大学物理课程的教学,应使学生对物理学的基本概念、基本理论和基 本方法有比较系统的认识和正确的理解,为进一步学习打下坚实的基础。在大 学物理课程的各个教学环节中,都应在传授知识的同时,注重学生分析问题和 解决问题能力的培养,注重学生探索精神和创新意识的培养,努力实现学生知 识、能力、素质的协调发展。 二、教学内容基本要求(详见附表)
大学物理课程的教学内容分为A、B两类。其中:A为核心内容,共74条,建议学时数不少于126学时,各校可在此基础上根据实际教学情况对A类内容各部分的学时分配进行调整;B为扩展内容,共51条。 1.力学 (A:7条,建议学时数14学时;B:5条) 2.振动和波 (A:9条,建议学时数14学时;B:4条) 3.热学 (A:10条,建议学时数14学时;B:4条) 4.电磁学 (A:20条,建议学时数40学时;B:8条) 5.光学 (A:14条,建议学时数18学时;B:9条) 6.狭义相对论力学基础 (A:4条,建议学时数6学时;B:3条) 7.量子物理基础 (A:10条,建议学时数20学时;B:4条) 8.分子与固体 (B:5条) 9.核物理与粒子物理 (B:6条)
大学物理上册答案详解
大学物理上册答案详解 习题解答 习题一 1-1 |r ?|与r ? 有无不同? t d d r 和t d d r 有无不同? t d d v 和t d d v 有无不同?其不同在哪里?试举例说明. 解:(1)r ?是位移的模,?r 是位矢的模的增量,即r ?12r r -=, 12r r r -=?; (2) t d d r 是速度的模,即t d d r ==v t s d d . t r d d 只是速度在径向上的分量. ∵有r r ?r =(式中r ?叫做单位矢),则 t ?r ?t r t d d d d d d r r r += 式中 t r d d 就是速度径向上的分量, ∴ t r t d d d d 与r 不同如题1-1图所示. 题1-1图 (3)t d d v 表示加速度的模,即t v a d d =,t v d d 是加速度a 在切向上的分量. ∵有ττ (v =v 表轨道节线方向单位矢),所以 t v t v t v d d d d d d ττ += 式中 dt dv 就是加速度的切向分量.
(t t r d ?d d ?d τ 与的运算较复杂,超出教材规定,故不予讨论) 1-2 设质点的运动方程为x =x (t ),y =y (t ),在计算质点的速度和加 速度时,有人先求出r =2 2 y x +,然后根据v =t r d d ,及a =22d d t r 而求 得结果;又有人 v =2 2 d d d d ?? ? ??+??? ??t y t x 及a = 2 222 22d d d d ??? ? ??+???? ??t y t x 你认为两种方法哪一种正确?为什么?两者差别何在? 解:后一种方法正确.因为速度与加速度都是矢量,在平面直角坐标 系中,有j y i x r +=, j t y i t x t r a j t y i t x t r v 22 2222d d d d d d d d d d d d +==+==∴ 故它们的模即为 2 222 22222 2 2 2d d d d d d d d ? ?? ? ??+???? ??=+=? ? ? ??+??? ??=+=t y t x a a a t y t x v v v y x y x 而前一种方法的错误可能有两点,其一是概念上的错误,即误把速度、加速度定义作 22d d d d t r a t r v == 其二,可能是将22d d d d t r t r 与误作速度与加速度的模。在1-1题中已说明 t r d d 不是速度的模,而只是速度在径向上的分量,同样,22d d t r 也不是加速
大学物理D下册习题答案
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:零] (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: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
《大学物理学》(袁艳红主编)下册课后习题答案
第9章 静电场 习 题 一 选择题 9-1 两个带有电量为2q 等量异号电荷,形状相同的金属小球A 和B 相互作用力为f ,它们之间的距离R 远大于小球本身的直径,现在用一个带有绝缘柄的原来不带电的相同的金属小球C 去和小球A 接触,再和B 接触,然后移去,则球A 和球B 之间的作用力变为[ ] (A) 4f (B) 8f (C) 38f (D) 16 f 答案:B 解析:经过碰撞后,球A 、B 带电量为2q ,根据库伦定律12204q q F r πε=,可知球A 、B 间的作用力变为 8 f 。 9-2关于电场强度定义式/F E =0q ,下列说法中哪个是正确的?[ ] (A) 电场场强E 的大小与试验电荷0q 的大小成反比 (B) 对场中某点,试验电荷受力F 与0q 的比值不因0q 而变 (C) 试验电荷受力F 的方向就是电场强度E 的方向 (D) 若场中某点不放试验电荷0q ,则0=F ,从而0=E 答案:B 解析:根据电场强度的定义,E 的大小与试验电荷无关,方向为试验电荷为正电荷时的受力方向。因而正确答案(B ) 9-3 如图9-3所示,任一闭合曲面S 内有一点电荷q ,O 为S 面上任一点,若将q 由闭合曲面内的P 点移到T 点,且 OP =OT ,那么[ ] (A) 穿过S 面的电场强度通量改变,O 点的场强大小不变 (B) 穿过S 面的电场强度通量改变,O 点的场强大小改变 习题9-3图
(C) 穿过S 面的电场强度通量不变,O 点的场强大小改变 (D) 穿过S 面的电场强度通量不变,O 点的场强大小不变 答案:D 解析:根据高斯定理,穿过闭合曲面的电场强度通量正比于面内电荷量的代数和,曲面S 内电荷量没变,因而电场强度通量不变。O 点电场强度大小与所有电荷有关,由点电荷电场强度大小的计算公式2 04q E r πε= ,移动电荷后,由于OP =OT , 即r 没有变化,q 没有变化,因而电场强度大小不变。因而正确答案(D ) 9-4 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) q /ε0 (B) q /2ε0 (C) q /4ε0 (D) q /6ε0 答案:D 解析:根据电场的高斯定理,通过该立方体的电场强度通量为q /ε0,并且电荷位于正立方体中心,因此通过立方体六个面的电场强度通量大小相等。因而通过该立方体任一面的电场强度通量为q /6ε0,答案(D ) 9-5 在静电场中,高斯定理告诉我们[ ] (A) 高斯面内不包围电荷,则面上各点E 的量值处处为零 (B) 高斯面上各点的E 只与面内电荷有关,但与面内电荷分布无关 (C) 穿过高斯面的E 通量,仅与面内电荷有关,而与面内电荷分布无关 (D) 穿过高斯面的E 通量为零,则面上各点的E 必为零 答案:C 解析:高斯定理表明通过闭合曲面的电场强度通量正比于曲面内部电荷量的代数和,与面内电荷分布无关;电场强度E 为矢量,却与空间中所有电荷大小与分布均有关。故答案(C ) 9-6 两个均匀带电的同心球面,半径分别为R 1、R 2(R 1 第1章 质点运动学 P21 1.8 一质点在xOy 平面上运动,运动方程为:x =3t +5, y = 2 1t 2 +3t -4. 式中t 以 s 计,x ,y 以m 计。⑴以时间t 为变量,写出质点位置矢量的表示式;⑵求出t =1 s 时刻和t =2s 时刻的位置矢量,计算这1秒内质点的位移;⑶ 计算t =0 s 时刻到t =4s 时刻内的平均速度;⑷求出质点速度矢量表示式,计算t =4 s 时质点的速度;(5)计算t =0s 到t =4s 内质点的平均加速度;(6)求出质点加速度矢量的表示式,计算t =4s 时质点的加速度(请把位置矢量、位移、平均速度、瞬时速度、平均加速度、瞬时加速度都表示成直角坐标系中的矢量式)。 解:(1)j t t i t r )432 1()53(2-+++=m ⑵ 1=t s,2=t s 时,j i r 5.081-= m ;2114r i j =+m ∴ 213 4.5r r r i j ?=-=+m ⑶0t =s 时,054r i j =-;4t =s 时,41716r i j =+ ∴ 140122035m s 404 r r r i j i j t --?+= ===+??-v ⑷ 1d 3(3)m s d r i t j t -==++?v ,则:437i j =+v 1s m -? (5) 0t =s 时,033i j =+v ;4t =s 时,437i j =+v 24041 m s 44 j a j t --?= ===??v v v (6) 2d 1 m s d a j t -==?v 这说明该点只有y 方向的加速度,且为恒量。 1.9 质点沿x 轴运动,其加速度和位置的关系为2 26a x =+,a 的单位为m/s 2, x 的单位为m 。质点在x =0处,速度为10m/s,试求质点在任何坐标处的速度值。 解:由d d d d d d d d x a t x t x ===v v v v 得:2 d d (26)d a x x x ==+v v 两边积分 210 d (26)d x x x =+? ?v v v 得:2322 250x x =++v ∴ 1m s -=?v 1.11 一质点沿半径为1 m 的圆周运动,运动方程为θ=2+33t ,式中θ以弧度计,t 以秒计,求:⑴ t =2 s 时,质点的切向和法向加速度;⑵当加速度 的方向和半径成45°角时,其角位移是多少? 解: t t t t 18d d ,9d d 2==== ωβθω ⑴ s 2=t 时,2 s m 362181-?=??==βτR a 2 222s m 1296)29(1-?=??==ωR a n ⑵ 当加速度方向与半径成ο45角时,有:tan 451n a a τ?== 即:βωR R =2 ,亦即t t 18)9(2 2=,解得:9 23= t 则角位移为:32 2323 2.67rad 9 t θ=+=+? = 1.13 一质点在半径为0.4m 的圆形轨道上自静止开始作匀角加速度转动,其角加速度为α=0.2 rad/s 2,求t =2s 时边缘上各点的速度、法向加速度、切向加速度和合加速度。 解:s 2=t 时,4.022.0=?== t αω 1s rad -? 则0.40.40.16R ω==?=v 1s m -? 064.0)4.0(4.022=?==ωR a n 2 s m -? 0.4 0.20.0a R τα==?=2s m -? 22222 s m 102.0)08.0()064.0(-?=+=+= τa a a n 与切向夹角arctan()0.06443n a a τ?==≈? 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 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 解: 如题8-2图示 ?? ? ?? ===220)sin 2(π41 sin 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. 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 = 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. 8-5 一电偶极子的电矩为l q p =,场点到偶极子中心O 点的距离为r ,矢量r 与l 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 =3 04sin r p πεθ 证: 如题8-5所示,将p 分解为与r 平行的分量θsin p 和垂直于r 的分量θsin p . ∵ l r >> ∴ 场点P 在r 方向场强分量 3 0π2cos r p E r εθ = 垂直于r 方向,即θ方向场强分量 3 00π4sin r p E εθ = 物理学教程下册答案9-16 第九章 静 电 场 9-1 电荷面密度均为+σ的两块“无限大”均匀带电的平行平板如图(A )放置,其周围空间各点电场强度E (设电场强度方向向右为正、向左为负)随位置坐标x 变化的关系曲线为图(B )中的( ) 题 9-1 图 分析与解 “无限大”均匀带电平板激发的电场强度为0 2εσ,方向沿带电平板法向向外,依照电场叠加原理可以求得各区域电场强度的大小和方向.因而正确答案为(B ). 9-2 下列说确的是( ) (A )闭合曲面上各点电场强度都为零时,曲面一定没有电荷 (B )闭合曲面上各点电场强度都为零时,曲面电荷的代数和必定为零 (C )闭合曲面的电通量为零时,曲面上各点的电场强度必定为零 (D )闭合曲面的电通量不为零时,曲面上任意一点的电场强度都不可能为零 分析与解 依照静电场中的高斯定理,闭合曲面上各点电场强度都为零时,曲面电荷的代数和必定为零,但不能肯定曲面一定没有电荷;闭合曲面的电通量为零时,表示穿入闭合曲面的电场线数等于穿出闭合曲面的电场线数或没有电场线穿过闭合曲面,不能确定曲面上各点的电场强度必定为零;同理闭合曲面的电通量不为零,也不能推断曲面上任意一点的电场强度都不可能为零,因而正确答案为(B ). 9-3 下列说确的是( ) (A) 电场强度为零的点,电势也一定为零 (B) 电场强度不为零的点,电势也一定不为零 (C) 电势为零的点,电场强度也一定为零 (D) 电势在某一区域为常量,则电场强度在该区域必定为零 分析与解电场强度与电势是描述电场的两个不同物理量,电场强度为零表示试验电荷在该点受到的电场力为零,电势为零表示将试验电荷从该点移到参考零电势点时,电场力作功为零.电场中一点的电势等于单位正电荷从该点沿任意路径到参考零电势点电场力所作的功;电场强度等于负电势梯度.因而正确答案为(D). *9-4在一个带负电的带电棒附近有一个电偶极子,其电偶极矩p的方向如图所示.当电偶极子被释放后,该电偶极子将( ) (A) 沿逆时针方向旋转直到电偶极矩p水平指向棒尖端而停止 (B) 沿逆时针方向旋转至电偶极矩p水平指向棒尖端,同时沿电场线方向朝着棒尖端移动 (C) 沿逆时针方向旋转至电偶极矩p水平指向棒尖端,同时逆电场线方向朝远离棒尖端移动 (D) 沿顺时针方向旋转至电偶极矩p 水平方向沿棒尖端朝外,同时沿电场线方向朝着棒尖端移动 题9-4 图 分析与解电偶极子在非均匀外电场中,除了受到力矩作用使得电偶极子指向电场方向外,还将受到一个指向电场强度增强方向的合力作用,因而正确答案为(B). 9-5精密实验表明,电子与质子电量差值的最大围不会超过±10-21e,而中子电量与零差值的最大围也不会超过±10-21e,由最极端的情况考虑,一个有8个电子,8个质子和8个中子构成的氧原子所带的最大可能净电荷是多少?若将原子视作质点,试比较两个氧原子间的库仑力和万有引力的大小. 分析考虑到极限情况,假设电子与质子电量差值的最大围为2×10-21e,中子电量为10-21e,则由一个氧原子所包含的8个电子、8个质子和8个中子《大学物理(上册)》课后习题答案
大学物理学第三版下册课后答案
大学物理学教程(第二版)(下册)答案