大学物理磁学习题课
张三慧《大学物理学：力学、电磁学》(第3版)(B版)(课后习题 静电场中的导体)【圣才出品】
第9章 静电场中的导体9.1 求导体外表面紧邻处场强的另一方法。
设导体面上某处面电荷密度为σ，在此处取一小面积ΔS，将ΔS 面两侧的电场看成是ΔS 面上的电荷的电场（用无限大平面算）和导体上其他地方以及导体外的电荷的电场（这电场在ΔS 附近可以认为是均匀的）的叠加，并利用导体内合电场应为零求出导体表面紧邻处的场强为σ/ε0（即教材式（8.2））。
解：如图8-1所示，导体表面小面积ΔS 上所带电荷在它的两侧分别产生场强为σ/2ε的电场E'1和E'2，ΔS以外的电荷在ΔS 附近产生的电场为E"，可视为均匀的。
由电场叠加原理，在ΔS 的导体内一侧应有于是在ΔS的导体外一侧，则合电场应为这说明E ex 的大小为2σ/（2ε0）＝σ/ε0，而其方向垂直于导体表面。
图8-19.2 一导体球半径为R1，其外同心地罩以内、外半径分别为R2和R3的厚导体壳，此系统带电后内球电势为φ1，外球所带总电量为Q 。
求此系统各处的电势和电场分布。
解：设内球带电为q 1，则球壳内表面带电将为－q1，而球壳外表面带电为q 1＋Q ，这样就有由此式可解得于是，可进一步求得9.3 在一半径为R1＝6.0 cm 的金属球A 外面套有一个同心的金属球壳B 。
已知球壳B 的内、外半径分别为R2＝8.0 cm ，R3＝10.0 cm 。
设A 球带有总电量QA ＝3×10－8 C ，球壳B 带有总电量QB ＝2×10－8C 。
（1）求球壳B 内、外表面上各带有的电量以及球A 和球壳B 的电势；（2）将球壳B 接地然后断开，再把金属球A 接地。
求金属球A 和球壳B内、外表面上各带有的电量以及球A 和球壳B 的电势。
解：（1）由高斯定律和电荷守恒可得球壳内表面带的电量为球壳外表面所带电量为于是（2）B 接地后断开，则它带的总电量变为然后球A 接地，则φ'a＝0。
设此时球A 带电量为q'A ，则由此解得9.4 一个接地的导体球，半径为R ，原来不带电。
大学物理-磁学习题课和答案解析
2． 均匀磁场的磁感应强度 B 垂直于半径为r的圆面．今
4． 如图，在面电流线密度为 j 的均匀载流无限大平板附近， 有一载流为 I 半径为 R的半圆形刚性线圈，其线圈平面与载流 大平板垂直．线圈所受磁力矩为 ，受力 0 0 为 ．
μ
5、（本题3分） 长直电缆由一个圆柱导体和一共轴圆筒状导体组成，两导体 中有等值反向均匀电流I通过，其间充满磁导率为μ的均匀磁介 质．介质中离中心轴距离为r的某点处的磁场强度的大小H I =________________ ，磁感强度的大小B =__________ ． I 2 r 2 r
B (A) B (B) √ R B x (D) O 圆筒 电流 O x
B
0 I (r R) 2r
(r R)
O B
R
x O (C) x O
B
(E)
B0
O
R
R
x
R
x
2、（本题3分）一匀强磁场，其磁感强度方向垂直于纸面(指 向如图)，两带电粒子在该磁场中的运动轨迹如图所示，则 (A) 两粒子的电荷必然同号． (B) 粒子的电荷可以同号也可以异号． (C) 两粒子的动量大小必然不同． (D) 两粒子的运动周期必然不同．
（C） B dl B dl , BP BP 1 2
（D） B dl B dl , BP1 BP2
L1 L2
L1
L2
L1
L2
[ ]
5．有一矩形线圈 AOCD ，通以如图示方向的电流 I，将它置 于均匀磁场 B 中，B 的方向与X轴正方向一致，线圈平面与X 轴之间的夹角为 , 90 ．若AO边在OY轴上，且线圈可 绕OY轴自由转动，则线圈 （A）作使 角减小的转动． （B）作使 角增大的转动． （C）不会发生转动． （D）如何转动尚不能判定．
张三慧《大学物理学：力学、电磁学》(第3版)(B版)(课后习题 磁 力)【圣才出品】
第13章 磁 力13.1 某一粒子的质量为0.5 g ，带有2.5×10－8C的电荷。
这一粒子获得一初始水平速度6.0×104m/s ，若利用磁场使这粒子仍沿水平方向运动，则应加的磁场的磁感应强度的大小和方向各如何？解：粒子仍沿水平方向运动时，它受的重力应被磁力平衡，即由此得此磁场方向应垂直于速度，水平向左。
13.2 如图13-1，一电子经过A 点时，具有速率v0＝1×107m/s 。
（1）欲使这电子沿半圆自A 至C 运动，试求所需的磁场大小和方向；（2）求电子自A 运动到C所需的时间。
图13-1解：（1）对电子的圆运动用牛顿第二定律由此得（2）所需时间应为13.3 把2.0×103eV的一个正电子，射入磁感应强度B＝0.1 T的匀强磁场中，其速度矢量与B成89°角，路径成螺旋线，其轴在B的方向。
试求这螺旋线运动的周期T、螺距h和半径r。
解：正电子的速率为作螺旋运动的周期为螺距为半径为13.4 估算地球磁场对电视机显像管中电子束的影响。
假设加速电势差为2.0×104V，如电子枪到屏的距离为0.2 m，试计算电子束在大小为0.5×10－4T的横向地磁场作用下约偏转多少？假定没有其他偏转磁场，这偏转是否显著？解：电子离开电子枪的速度为如图13-2所示，电子的偏转距离为此偏转比较大，但由于全画面电子束均有此偏转，故对图像无影响。
图13-213.5 北京正负电子对撞机中电子在周长为240 m的储存环中作轨道运动。
已知电子的动量是1.49×10－18kg·m/s，求偏转磁场的磁感应强度。
解：由R＝mv/（eB）＝p/（eB）可得13.6 蟹状星云中电子的动量可达10－16kg·m/s，星云中磁场约为10－8T，这些电子的回转半径多大？如果这些电子落到星云中心的中子星表面附近，该处磁场约为108T，它们的回转半径又是多少？解：13.7 在一汽泡室中，磁场为20 T，一高能质子垂直于磁场飞过时留下一半径为3.5 m的圆弧径迹。
大学物理 磁学习题课
( I 1 I 2 ) ln 2
第11章 恒定电流的磁场
17
MN上电流元I3dx所受磁力：
0 I1
a M
dx N
c I2
d F I 3 B d x I 3 [ 2(r x) 2(2r x) ] d x
r
0 I1
I3 r Or b
r d
x
F I3 [
0
0 I1
2(r x)
0I2
2(2r x)
]d x
0I3
S
B
圆面
Φm
2 B S BR cos
1 B d S B R 2 2
n
60°
R
B
任意曲面
S
S
很多漏掉负号 类似本页二.1(1)磁通量
12
第11章 恒定电流的磁场
P42 一选择1.
H dl 2 I L1
H dl I L2
1
第11章 恒定电流的磁场
16
P44 二1、如图所示，载有电流I1和I2的长直导线ab和cd相互平行，相距为
3r，今有载有电流I3的导线MN = r，水平放置，且其两端MN分别与I1、I2 的距离都是r，ab、cd和MN共面，求导线MN所受的磁力大小和方向．
载流导线MN上任一点处的磁 感强度大小为： I 0 I 2 0 1 I1 B 2( r x ) 2( 2r x )
1
B
•直导线延长线上
a
第11章 恒定电流的磁场
P
6
2.
圆电流轴线上某点的磁场
B
大小：
大学物理-磁学部分习题课
+
v
+ Fm ++
A+
p
+
B
E
+d
-
B v02 2Ed E
m
带电粒子达到最右端时其轨迹与右侧平板相切，
该处速度方向沿轨迹切线方向，与平板平面平行。
Eq
y
带电粒子在磁场，电场中受力
F
Fe
磁不场做力功。Fm
qvFmB与E速q度 方qv向始B终垂直，
x 电场力作功等于粒子动能的增量：
z
Eqd
2r sin
该力对O点的力矩 dM rdF 0 I 2dl
2 sin
任一段单位长的导线对O点的力矩：
M
l 1
dM
0 I 2dl
0I 2
l 2 sin 2 sin
13
5. 如图所示，有一通有电流 I 的直导线附近，有一半 径为 R，质量为m 的细小线圈。细小线圈可绕通过其 中心与直导线平行的轴转动。直导线与细小线圈中心
两导线间夹角为，通有相同的电流I。试求单位长度的导线
所受磁力对O点的力矩。
解：导线1在 dl 处激发的磁场的大小
1
B 0I 0I
2d 2r sin
I dF
O
I
d
Idl
B 2
r
M
电流元 Idl受到的磁力为
dF Idl B
大小： dF (Idl )B 0 I 2dl
根据：
M
r
F
B 0 i
2
二.磁场的性质
i 为线电流密度
1.
高斯定理
:
B
ds
0,
B 0
张三慧《大学物理学：力学、电磁学》(第3版)(B版)(课后习题 静电场中的电介质)【圣才出品】
第10章 静电场中的电介质10.1 在HCl 分子中，氯核和质子（氢核）的距离为0.128 nm ，假设氢原子的电子完全转移到氯原子上并与其他电子构成一球对称的负电荷分布而其中心就在氯核上。
此模型的电矩多大？实测的HCl 分子的电矩为3.4×10－30C·m ，HCl 分子中的负电分布的“重心”应在何处？（氯核的电量为17e ）解：按假设模型计算，HCl 分子的电矩为此结果比实测数值大。
设如图10-1所示，在HCl分子中负电分布的“重心”在氯核与质子中间离氯核l 距离处。
这时HCL 分子的电矩应为图10-110.2 两个同心的薄金属球壳，内、外球壳半径分别为R1＝0.02 m 和R2＝0.06m 。
球壳间充满两层均匀电介质，它们的相对介电常量分别为εr1＝6和εr2＝3。
两层电介质的分界面半径R ＝0.04 m 。
设内球壳带电量Q ＝﹣6×10－8 C ，求：（1）D 和E 的分布，并画D-r ，E-r 曲线；（2）两球壳之间的电势差；（3）贴近内金属壳的电介质表面上的面束缚电荷密度。
解：（1）由D 的高斯定律可得再由，可得D-r 和E-r曲线如图10-2所示。
图10-2（2）两球壳之间的电势差为（3）10.3 两共轴的导体圆筒的内、外筒半径分别为R1和R2，R2＜2R1。
其间有两层均匀电介质，分界面半径为r0。
内层介质相对介电常量为εr1，外层介质相对介电常量为εr2，εr2＝εr1/2。
两层介质的击穿场强都是Emax 。
当电压升高时，哪层介质先击穿？两筒间能加的最大电势差多大？解：设内筒带电的线电荷密度为λ，则可导出在内外筒的电压为U 时，内层介质中的最大场强（在r ＝R L处）为而外层介质中的最大场强（在r ＝r 0处）为两结果相比由于r 0＜R 2，且R 2＜2R 1，所以总有E 2/E 1＞0，因此当电压升高时，外层介质中先达到E max 而被击穿。
而最大的电势差可由E 2＝Emax 求得为10.4 一平板电容器板间充满相对介电常量为εr 的电介质而带有电量Q 。
大学物理B作业2-磁学(含答案)
b
a cc
I
I⊙
____________________________________(对环路c)．
11. 一带电粒子平行磁感线射入匀强磁场，则它作________________运动．一带电粒子垂直磁 感线射入匀强磁场，则它作________________运动．一带电粒子与磁感线成任意交角射入匀强磁场， 则它作______________运动。
I
(D) 线圈中感应电流方向不确定。
［
］
7. 一导体圆线圈在均匀磁场中运动，能使其中产生感应电流的一种情况是： ［
］
(A) 线圈绕自身直径轴转动，轴与磁场方向平行。
(B) 线圈绕自身直径轴转动，轴与磁场方向垂直。
(C) 线圈平面垂直于磁场并沿垂直磁场方向平移。
(D) 线圈平面平行于磁场并沿垂直磁场方向平移。
i
小为B =________________，方向_________________________．
14. 已知磁感应强度 B 2.0Wb/m2 的均匀磁场，方向沿x轴 正方向，如图所示.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.
B
n
2. 距一根载有电流为3×104 A的电线1 m处的磁感强度的大小为：
(A) 3×10-5 T．
(B) 6×10-3 T．
(C) 1.9×10-2T．
(D) 0.6 T．
(已知真空的磁导率0 =4×10-7 T·m/A)
［
］
uuv v n
3. 关于磁场安培环路定理 ÑL B1 dl 0 Ii ，下列说法正确的是： i 1
9. 5.00×10-5 T ;
大学普通物理磁学练习题
大学普通物理磁学练习题1、一电子（e=1．6某10-19c）以2某107m/的速度射入磁感强度为1T的均匀磁场中，速度方向与磁场方向垂直，则这电子所受到的络仑兹力为F=，方向为2、回路中的自感电动势将回路中的变化。
3、产生动生电动势的非静电力为_____________力。
4、从引起通量变化的原因，可将感应电动势分两类，一类为_________,另一类为__________。
5、有一根金属导线长0.6m，质量为0.01kg,用两根柔软的细线悬在磁感强度为0.4T的匀强磁场中，金属导线中电流为，方向时正好抵消悬线中的张力。
某某某某某某某某某某B某某6、在均匀磁场中有一电子枪，6、6、它可发射出速率分别为V和2V 的两个电子，这两个电子的速度方向相同且均与B垂直，则下列说法正确的是：（1）两电子的轨道半径相同，速度大的电子先回到出发点；（2）两电子的轨道半径相同，两电子同时回到出发点；（3）两电子的轨道半径不同，速度大的电子先回到出发点；（4）两电子的轨道半径不同，两电子同时回到出发点。
答()7、设图中两导线的电流为I1、I2，则下列公式正确的是：（1）∮L1B.dl=μ0I1（2）∮L2B.dl=-μ0I2（3）∮L3B.dl=μ0(I1-I2)（4）∮L3B.dl=μ0(I2-I1)答（）L3L1L2某I1.I28、当实验电荷q0以速度v通过空间一点时受力为0，下面说法正确的是：（1）该点处的磁感强度一定为0；（2）该点处的磁感强度一定不为0；（3）该点处的磁感强度不一定为0；（4）以上说法均不正确。
答()9、下列叙述哪个是不正确的是：（1）磁场线出发于正电荷，终止于负电荷；（2）磁场线是无头无尾的闭合曲线；（3）某点附近的磁场线密度代表了该点磁感应强度的大小；（4）任何两根磁场线都不能相交。
答（）10、如图所示，圆心处的磁感强度B0为（1）0I2R0I2R（2）0I2R0I2R（3）0I2R（4）0I2RIRI答（）11、如图所示，圆心处的磁感强度B0为（1）0I2R0I2R（2）0I8R0I2R（3）0I2R（4）0I2R答（）12、一空芯自感线圈的自感系数：LROII0Nl2S，当线圈中的电流发生变化时，该线圈的自感系数（1）不变；（2）变大；（3）变小。
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磁化率：? m ? ? r ? 1
4. H的环路定理:
? ? H ?dr ? L
I 0int
三、电磁感应
1. 法拉第电磁感应定律：
? ? ? d? ,其中? ＝N?
dt
b
? 2. 动生电动势： ?ab ?
(v ? B) ?dl
a
3. 感生电动势和感生电场：
? ? ? ?
L Ei ?dl
?
?
d? dt
?? ?? ??
??sB ?dS ? ??sB ?dS ? ?圆? B ?dS ? 0
B
则??S B?
? ?dS
?
? ?圆?
?? B ?dS
R n 600
S
? ? B ?? R2 cos 600 ? ? 1 B?R2 B
2
例3 氢原子中，电子绕原子核沿半径为 r的圆周运动，
它等效于一个圆形电流，如果外加一个磁感应强度为 B
?s D?dS ? ? qi
? (1) L E?dl ? d? m/dt
(2
?s B?dS ? 0
? ? (3)
H ?dl ?
L
Ii ? d? m/dt
(4)
试判断下列结论是包含于或等效于那一个方程
(1)变化的磁场一定伴随有电场： (2)
(2)磁感应线是无头无尾的： (3)
(3)电荷总伴随有电场：
(1)
例9.两个同心导体圆线圈(R,I),分别竖直和水平
放置,则圆心O处的BO=_______
(A) ? 0 I (B) ? 0 I ?(C) 2? 0 I
的磁场，其磁力线与轨道平面平行，那么这个圆电流所
受的磁力矩的大小 M-----------------------。（设电子质量为 me，
电子电量的绝对值为 e）
m
磁矩: m ? IS ? I? r2n
I
而 M ? m? B ? I? r2B
? F向 ? F电
B
? me? 2r ? Ee ?
me?
2r
?
e
4?? 0r2
e?
??
e2
4? m?0r3
I ? q ? e ? M ? Be2
r
T 2? /?
2 4? m?0
例4 铜的相对磁导率 ? r=0.9999912 ，其磁化率 ?m=---------
--------，它是 ----------磁性磁介质。
? m ? ? r ? 1 ? ?8.8? 10?6 ? 1 是抗磁l
?H
?
?
I?
?0?
H
rI
2?r1 ? I ? H ? ? 2.67 ? 10?4T
I
2? r1
2? r1
?r
R2 R1
I
H 2? r2 ? I ?
H ? ? 67.3A / m
2? r2
例6.将同样的几根导线焊成立方体，并在其对顶 角A、B接上电源，则立方体框架中的电流在其中 心处产生的磁感应强度等于 0
?0
3 4
I
2R
1? 4
?0I 4? R
2B
A1 I
4
方向：垂直黑板向里
例2 在匀强磁场 B中,取一半径为 R的圆，圆面的法线 n与 R成60o角，如图所示，则以该圆周为边线的如图所示的
?? 任意曲面 S磁通量 ? m ?
B ?dS ? __________________
s
根据磁场的高斯定律 :
高斯定律：??s B ?dS ? 0 ? ? 安培环路定理： L B ?dr ? ? 0 Iint
三、磁场中的磁介质 1. 磁介质的分类：
顺磁质 (? r ? 1), 抗磁质 (? r ? 1),铁磁质 (? r ?? 1)
3.
磁场强度矢量： H
?
B
?0
?
M
对于各向同性磁介质：H ? B ? B
?0?r ?
??
?B ?dS s ?t
4. 互感：
互感系数: M ? ? 21 ? ? 12
i1
i2
互感系数: M ? ? 21 ? ? 12
i1
i2
互感电动势:
? 21
?
?M
di dt
5. 自感：
自感系数: L ? ? i
自感电动势: ? ? ? L di
dt
自感磁能:
Wm
?
1 LI 2 2
三、麦克斯韦方程组
例5 一无限长直导线，通有 I=1A的电流，直导线外紧
包一层相对磁导率 ?r=2的圆筒形磁介质，直导线半径
R1=0.1cm ，磁介质的内半径为 R1，外半径为 R2=0.2cm 。
则距直导线轴线 r 1=0.15cm 处的磁感应强度为 ----------------，
距轴线 r 2=0.2cm 处的磁场为强度 ----------------。
? ? ?
? ?
q1
E ?dS ? ? ? dV
S
?0 ?0 V
? ?
?S B ?dS
?
0
? ? ?
?
E ?dr ? ? d? ? ? ?B ?dS
?L
dt
s ?t
? ? ?
? ?
B ?dr
L
?
?0I
?
1 c2
d? e dt
?
?0
S
(J
?
?0
?E ?t
) ?dS
例1 如图所示，用均匀细金属丝构成一半径为 R的圆 环C，电流I由由导线1流入圆环A点，而后由圆环 B流出， 进入导线 2。设导线1和导线2与圆环共面，则圆心 O处的
二、磁场的源
1. 毕奥萨伐尔定律：dB ?
? 0Idl ? er 4? r2
半无限长直导线：B ? ? 0I
4? r
无限长直导线：B ? ? 0I
2? r
环形电流圆心处：B ? ? 0I
2R
圆弧在圆心处：B ? ? ? 0I 2? 2R
载流长直螺线管及螺绕环内：B ? ?0nI
2. 磁场的场方程：
B
.O
A
例7.图示为三种不同的磁介质的 B? H关系曲线， 其中虚线表示的是B=? 0H的关系，说明a、b、c各 代表哪一类磁介质的 B? H关系曲线：
a代表 铁磁质 的B? H关系曲线 b代表 顺磁质 的B? H关系曲线 c代表 抗磁质 的B? H关系曲线
B
a
b
c
0
H
例8.反应电磁场基本性质和规律的积分形式的麦 克斯韦方程组为：
磁感应强度大小 ----------------------------，方向 -------------------。
可知 ACB 和AB并联，则
I3
?
1 4
I
,
I
4
?
3I 4
3
Bo ? B1 ? B2 ? B3 ? B4
C
O
规定垂直黑板向里为正方向
Bo
?
0?
?0I 4? R
?
?
0
1 4
I
2R
3? 4
磁学习题课 一、磁力 1. 磁现象的本质：
一切磁相互作用都与电荷的运动有关，是运动 电荷相互作用的结果。
2. 洛伦兹力公式： F ? qE ? qv ? B
3. 带电粒子在磁场中的运动
4. 安培力： 电流元受磁场的作用力：dF ? Idl ? B 载流线圈的磁矩：m ? IS 载流线圈受均匀磁场的力矩：M ? m? B