大学基础物理学答案(习岗)第10章
大学物理 第十章 课后答案
习题十10-1 一半径r =10cm的圆形回路放在B =0.8T 的均匀磁场中．回路平面与B垂直．当回路半径以恒定速率t rd d =80cm ·s -1收缩时，求回路中感应电动势的大小．解: 回路磁通 2πr B BS m ==Φ感应电动势大小40.0d d π2)π(d d d d 2====t r r B r B t t m Φε V10-2 一对互相垂直的相等的半圆形导线构成回路，半径R =5cm ，如题10-2图所示．均匀磁场B =80×10-3T ，B 的方向与两半圆的公共直径(在Oz 轴上)垂直，且与两个半圆构成相等的角α当磁场在5ms 内均匀降为零时，求回路中的感应电动势的大小及方向．解: 取半圆形cba 法向为i ， 题10-2图则αΦcos 2π21B R m= 同理，半圆形adc 法向为j，则αΦcos 2π22B R m=∵ B 与i 夹角和B 与j夹角相等，∴ ︒=45α则αΦcos π2R B m = 221089.8d d cos πd d -⨯-=-=Φ-=t B R t m αεV方向与cbadc 相反，即顺时针方向．题10-3图*10-3 如题10-3图所示，一根导线弯成抛物线形状y =2ax ，放在均匀磁场中．B 与xOy 平面垂直，细杆CD 平行于x 轴并以加速度a 从抛物线的底部向开口处作平动．求CD 距O 点为y 处时回路中产生的感应电动势．解: 计算抛物线与CD 组成的面积内的磁通量⎰⎰=-==aym yB x x y B S B 0232322d )(2d 2ααΦ∴ vy B t y y B t m 21212d d d d ααε-=-=Φ-=∵ ay v 22= ∴ 212y a v =则ααεaByy a yBi 8222121-=-= i ε实际方向沿ODC ．题10-4图10-4 如题10-4图所示，载有电流I 的长直导线附近，放一导体半圆环MeN 与长直导线共面，且端点MN 的连线与长直导线垂直．半圆环的半径为b ，环心O 与导线相距a ．设半圆环以速度v 平行导线平移．求半圆环内感应电动势的大小和方向及MN 两端的电压N M U U -．解: 作辅助线MN ，则在MeNM 回路中，沿v方向运动时0d =m Φ∴ 0=MeNM ε 即 MN MeNεε=又∵ ⎰+-<+-==ba ba MNb a ba Iv l vB 0ln 2dcos 0πμπε所以MeN ε沿NeM 方向，大小为 b a ba Iv -+ln20πμ M 点电势高于N 点电势，即b a ba Iv U U N M -+=-ln20πμ题10-5图10-5如题10-5所示，在两平行载流的无限长直导线的平面内有一矩形线圈．两导线中的电流方向相反、大小相等，且电流以t Id d 的变化率增大，求：(1)任一时刻线圈内所通过的磁通量； (2)线圈中的感应电动势． 解: 以向外磁通为正则(1) ]ln [lnπ2d π2d π2000d ad b a b Ilr l r Ir l r Iab b ad d m +-+=-=⎰⎰++μμμΦ(2)t I b a b d a d l t d d ]ln [ln π2d d 0+-+=-=μΦε 10-6 如题10-6图所示，用一根硬导线弯成半径为r 的一个半圆．令这半圆形导线在磁场中以频率f 绕图中半圆的直径旋转．整个电路的电阻为R ．求：感应电流的最大值．题10-6图解: )cos(2π02ϕωΦ+=⋅=t r B S B m ∴ Bfr f r B r B t r B t m m i 222202ππ22π2π)sin(2πd d ===+=-=ωεϕωωΦε ∴ R Bf r R I m 22π==ε10-7 如题10-7图所示，长直导线通以电流I =5A ，在其右方放一长方形线圈，两者共面．线圈长b =0.06m ，宽a =0.04m ，线圈以速度v =0.03m ·s -1垂直于直线平移远离．求：d =0.05m时线圈中感应电动势的大小和方向．题10-7图解: AB 、CD 运动速度v方向与磁力线平行，不产生感应电动势．DA 产生电动势⎰==⋅⨯=A D Ivb vBb l B v d 2d )(01πμεBC 产生电动势)(π2d )(02d a Ivbl B v C B +-=⋅⨯=⎰με∴回路中总感应电动势8021106.1)11(π2-⨯=+-=+=a d d Ibv μεεεV 方向沿顺时针．10-8 长度为l 的金属杆ab 以速率v 在导电轨道abcd 上平行移动．已知导轨处于均匀磁场B中，B 的方向与回路的法线成60°角(如题10-8图所示)，B的大小为B =kt (k 为正常)．设t =0时杆位于cd 处，求：任一时刻t 导线回路中感应电动势的大小和方向．解: ⎰==︒=⋅=22212160cos d klvt lv kt Blvt S B m Φ∴ klvtt m -=-=d d Φε即沿abcd 方向顺时针方向．题10-8图10-9 一矩形导线框以恒定的加速度向右穿过一均匀磁场区，B的方向如题10-9图所示．取逆时针方向为电流正方向，画出线框中电流与时间的关系(设导线框刚进入磁场区时t =0)．解: 如图逆时针为矩形导线框正向，则进入时0d d <Φt ,0>ε；题10-9图(a)题10-9图(b)在磁场中时0d d =t Φ,0=ε； 出场时0d d >t Φ，0<ε，故t I -曲线如题10-9图(b)所示.题10-10图10-10 导线ab 长为l ，绕过O 点的垂直轴以匀角速ω转动，aO =3l磁感应强度B 平行于转轴，如图10-10所示．试求： （1）ab 两端的电势差； （2）b a ,两端哪一点电势高? 解: (1)在Ob 上取dr r r +→一小段 则⎰==320292d l Ob l B r rB ωωε同理 ⎰==302181d l Oa l B r rB ωωε ∴ 2261)92181(l B l B Ob aO ab ωωεεε=+-=+=(2)∵ 0>abε 即0<-b a U U∴b 点电势高．题10-11图10-11 如题10-11图所示，长度为b 2的金属杆位于两无限长直导线所在平面的正中间，并以速度v 平行于两直导线运动．两直导线通以大小相等、方向相反的电流I ，两导线相距2a ．试求：金属杆两端的电势差及其方向． 解：在金属杆上取r d 距左边直导线为r ，则b a b a Iv r r a r Iv l B v b a b a BA AB -+-=-+-=⋅⨯=⎰⎰+-lnd )211(2d )(00πμπμε∵ 0<AB ε∴实际上感应电动势方向从A B →，即从图中从右向左， ∴b a ba Iv U AB -+=ln 0πμ题10-12图10-12 磁感应强度为B的均匀磁场充满一半径为R 的圆柱形空间，一金属杆放在题10-12图中位置，杆长为2R ，其中一半位于磁场内、另一半在磁场外．当t Bd d ＞0时，求：杆两端的感应电动势的大小和方向．解： ∵bc ab ac εεε+=t BR B R t t ab d d 43]43[d d d d 21=--=-=Φε =-=tab d d 2Φεt BR B R t d d 12π]12π[d d 22=-- ∴t BR R ac d d ]12π43[22+=ε ∵ 0d d >t B∴ 0>acε即ε从c a →10-13 半径为R 的直螺线管中，有dt dB＞0的磁场，一任意闭合导线abca ，一部分在螺线管内绷直成ab 弦，a ,b 两点与螺线管绝缘，如题10-13图所示．设ab =R ，试求：闭合导线中的感应电动势．解：如图，闭合导线abca 内磁通量)436π(22R R B S B m -=⋅= Φ∴t B R R i d d )436π(22--=ε ∵ 0d d >t B∴0<iε，即感应电动势沿acba ，逆时针方向． 题10-13图题10-14图10-14 如题10-14图所示，在垂直于直螺线管管轴的平面上放置导体ab 于直径位置，另一导体cd 在一弦上，导体均与螺线管绝缘．当螺线管接通电源的一瞬间管内磁场如题10-14图示方向．试求： （1）ab 两端的电势差； （2）cd 两点电势高低的情况．解： 由⎰⎰⋅-=⋅l S t B l Ed d d d 旋知，此时旋E 以O 为中心沿逆时针方向．(1)∵ab 是直径，在ab 上处处旋E 与ab 垂直∴ ⎰=⋅ll 0d 旋∴0=ab ε,有b a U U =(2)同理， 0d >⋅=⎰l E cddc旋ε∴0<-c d U U 即d c U U >题10-15图10-15 一无限长的直导线和一正方形的线圈如题10-15图所示放置(导线与线圈接触处绝缘)．求：线圈与导线间的互感系数．解： 设长直电流为I ，其磁场通过正方形线圈的互感磁通为⎰==32300122ln π2d π2a a Iar rIaμμΦ∴2ln π2012aI M μΦ==10-16 一矩形线圈长为a =20cm ，宽为b =10cm ，由100匝表面绝缘的导线绕成，放在一无限长导线的旁边且与线圈共面．求：题10-16图中(a)和(b)两种情况下，线圈与长直导线间的互感．解：(a)见题10-16图(a)，设长直电流为I ，它产生的磁场通过矩形线圈的磁通为2ln π2d 2πd 020)(12Ia r r IaS B bb S μμΦ⎰⎰==⋅=∴ 6012108.22ln π2-⨯===a N I N M μΦ H(b)∵长直电流磁场通过矩形线圈的磁通012=Φ，见题10-16图(b)∴ 0=M题10-16图题10-17图10-17 两根平行长直导线，横截面的半径都是a ，中心相距为d ，两导线属于同一回路．设两导线内部的磁通可忽略不计，证明：这样一对导线长度为l 的一段自感为πμl L 0=In a ad -．解： 如图10-17图所示，取r l S d d =则⎰⎰-----=--=-+=a d aa d aa d d aa d Il r r r Il r l r I r πI )ln (ln 2πd )d 11(π2d ))d (π22(0000μμμμΦa ad Il-=lnπ0μ∴a a d lI L -==lnπ0μΦ10-18 两线圈顺串联后总自感为1.0H ，在它们的形状和位置都不变的情况下，反串联后总自感为0.4H ．试求：它们之间的互感．解： ∵顺串时 M L L L 221++=反串联时M L L L 221-+='∴ M L L 4='-15.04='-=L L M H10-19图10-19 一矩形截面的螺绕环如题10-19图所示，共有N 匝．试求： (1)此螺线环的自感系数；(2)若导线内通有电流I ，环内磁能为多少? 解：如题10-19图示 (1)通过横截面的磁通为⎰==baa b NIhr h r NIlnπ2d π200μμΦ磁链a b IhN N lnπ220μΦψ== ∴a b hN IL lnπ220μψ==(2)∵ 221LI W m = ∴a b h I N W m lnπ4220μ= 10-20 一无限长圆柱形直导线，其截面各处的电流密度相等，总电流为I ．求：导线内部单位长度上所储存的磁能． 解：在R r <时20π2R I B rμ=∴4222002π82R r I B w m μμ== 取 r r V d π2d =(∵导线长1=l )则 ⎰⎰===R Rm I R rr I r r w W 0204320π16π4d d 2μμπ。
大学物理第10章课后习题
（3） nm 2.45 1025 5.311026 1.30 kgm
3
（ 4 ） 因 为 气 体 分 子 可 视 为 立 方 模 型 ： nl 1 , 因 此 分 子 间 的 平 均 距 离 l 为
1 l ( )1 3 3.44 10 9 m n
（5）平均速率 v 为 v
(2) 质子的方均根速率为
v2
3kT 3 8.31 108 1.57 106 ms-1 m 1.67 1027
10.12（１）在一个具有活塞的容器中盛有一定量的气体。如果压缩气体并对它加热， 使它的温度从 27℃升到 177℃、体积减少一半，求气体压强变化多少？（２）这时气体分子 的平均动能变化多少？分子的方均根速率变化多少？ 解 （1）由理想气体状态方程 p nkT 可得压缩前后分别满足
： 7 因 为 p氖：p氦 1
且 p氖 p氦 2.4mmHg ，
所 以 p氖 0.3 mmHg ，
p氦 2..01 105 0.3 p 760 n氖 氖 9.63 1021 m-3 23 kT 1.38 10 300
N v0 2 v0
v0
2N 3
2 v0
av （3）平均速率 v vf (v ) v dv v0 0 0
所以
v0
avdv
11 2 2 av0 ， 又因为 a 6 3v0
v
11 v0 9
10.8 求速率在 2v p 到 2.01v p 之间的气体分子数占总数的百分之几?
n氦 p氦 kT 6.74 10 22 m-3
3
10.4 一热气球的容积为 2200m ，气球本身和负截质量共 725kg，若其外部空气温度为 20℃，要想使气球上升，其内部空气最低要加热到多少度？ 解 由理想气体状态方程 PV
大学物理第三版第10章部分习题解答
第10章部分习题解答
1 2 E3 2 0 2 0 0
(2)
E1 0 2 0 2 0
1
2
3
E2 2 0 2 0 0
E3 0 2 0 2 0
x
2010.5.22
第10章部分习题解答
P369题10.3.10 半径为R的无限长直圆柱体均匀带电,体 电荷密度为 .试求:场强分布,并画出E-r曲 线 解: 带电圆柱的电场分布具有 轴对称性,取半径为r,高为l,以 r l 带电圆柱的轴为轴的圆柱面为 高斯面(如图),则 R (1) 圆柱体内r<R
第10章部分习题解答
(1) (2) (3)
AAB q(U A U B ) 3.6 10 J
ACD q(UC U D ) 3.6 106 J
ABD q(U B U D ) 0
6
2010.5.22
第10章部分习题解答
P371题10.3.26 电荷Q均匀地分布在球体内，试求球内外 的电势 解: 场强分布为
A
s a
2a
1 1 q E ds q 4 6 0 24 0 s
注:只有交于A点三个面存在电通量
第10章部分习题解答 P372题10.3.32 正电荷q均匀分布在半径为R的细圆环上. 试求:(1) 环轴线上距环心为x处的点P的电势; (2) 通过电势梯度求P点的场强.
1 dq 解: (1) dU P 4πε0 r 1 q UP d q 4πε0 r 4πε0 r q 4πε0 x 2 R 2
Qr r 3 0 4 0 R
Q 4 0 r
2
E
(r R)
大学物理第10章练习答案
第十章 机械振动与电磁振荡计算题1. 解：（1）设cos()()x A t m ωϕ=+由图2可知，A =0.10m ，x 0=A /2=0.05m ，v 0＞0 所以3ϕπ=-t =1s 时，x 1=0，故56πω=所以质点振动的运动方程为50.10cos()()63x t m =-ππ（2）P 点的相位为零 （3）由5063P t ππϕ=-=得t =0.4s2. 解：已知A =24cm ，T =4.0s ，故ω=π/2 t =0时，x 0=A =24cm ，v 0=0，故0ϕ= 所以振动方程为0.24cos()()2x t m π=（1）0.50.17t x m == （2）2220.50.50.419/t t d x a m s dt ====-，故30.50.5 4.1910t t F ma N -====-⨯指向平衡位置。
（3）由振动方程得0.12=0.24cos t 2π，即1cos t 22π=，23t =±ππ，因为此时v ＜0，相位取正值，所以t =0.67s 。
（4）dx v dt ==-0.24sin(t )22ππ⨯，将t =0.67s 代入得 0.326/v m s =- 2415.31102k E mv J -==⨯2224111.781022P E kx m x J -===⨯ω47.0910k p E E E J -=+=⨯*3. 证明：小球平衡时有00p S mg pS +-=图2小球偏离x 时，设容器内气体状态为(p 1,V 1)，有2012d xp S mg p S m dt +-=，则212p S p S d x dt m-= 由于气体过程是绝热过程，有111()pV p V xS pV γγγ=-=，则1()(1)V x S p p p V x S V-==--γγ小球作微小位移时xS 远小于V ，则上式可写为1(1)xS p p Vγ=+ 所以，小球的运动方程为2222d x pS x x dt mVγω=-=-此式表示小球作简谐振动，振动周期为22T πω==所以比热容比为222224()mV mVp TS pS T ππγ==三. 计算题1.解：由阻尼振动周期2T '=='πω得阻尼因子为3/rad s ===δ 阻力系数为235.3/m kg s ==γδ 阻力为0.353N f v ==γ 2. 解：阻尼振动的振幅为0t A A e -=δ1t 10A A e -δ=，1t 01A e A δ=将t =0，A 0=0.03m 和t 1=10s ，A 1=0.01m 代入上式解得01111ln ln 310A t A ==δ 则振幅减为A 2=0.003m 所需时间为0221ln21A t s A ==δ3. 解：由题意知弹簧的劲度系数为3731010 1.2510/0.810m g k N m x -'⨯===⨯⨯则车厢的固有频率为015/rad s ω== 当火车以速率v 匀速行驶时，受撞击的角频率为22lυωπνπ==当ω0=ω时车厢将发生共振，此时速率即为危险速率，则030/108/2lm s km h υωπ=== 解决火车提速问题的措施之一是采用长轨无缝铁轨。
大学物理教程第10章习题答案
思 考 题10.1 人体也向外发出热辐射，为什么在黑暗中还是看不见人呢？ 答：人体的辐射频率太低, 远离可见光波段，在远红外波段, 由于为非可见光, 所以是看不到人体辐射的,在黑暗中也是如此。
10.1刚粉刷完的房间从房外远处看，即使在白天，它的开着的窗口也是黑的。
为什么？ 答：光线从窗户进去后经过多次反射，反射光的强度越来越弱，能再从窗户射出的光线非常少，窗户外的人看到的光线非常弱，因此觉得窗口很暗。
10.3 在光电效应实验中，如果（1）入射光强度增加一倍；（2）入射光频率增加一倍，各对实验结果有什么影响？答：（1）在光电效应中每秒从光阴极发射的光电子数与入射光强成正比。
入射光强度增加一倍时，饱和电流增加一倍。
（2）当入射光的频率增大时，光电子的最大初动能增大，遏止电压也增大，但入射光的频率和遏止电压两者不是简单的正比关系。
10.4 若一个电子和一个质子具有同样的动能，哪个粒子的德布罗意波长较大？ 答：电子的德布罗意波长较大。
10.5 n=3的壳层内有几个次壳层，各次壳层都可容纳多少个电子？答：n=3的壳层内有3个次壳层，各次壳层可容纳的电子数分别为2、6、10。
10.6 完成下列核衰变方程。
（1）?234238+−→−Th U（2）?9090+−→−Y Sr （3）?2929+−→−Ni Cu （4）Zn Cu 2929?−→−+ 答：（1）e H Th U 422349023892+−→−（2）e Y Sr 0190399038-+−→−（3）e Ni Cu 0129282929++−→−（4）Zn e Cu 2930012929−→−++习 题10.1 夜间地面降温主要是由于地面的热辐射。
如果晴天夜里地面温度为－50C ，按黑体辐射计算，每平方米地面失去热量的速率多大？解：依题意，可知地面每平方米失去的热量即为地面的辐射出射度2484/2922681067.5m W T M =⨯⨯==-σ10.2 宇宙大爆炸遗留在空间均匀、各向同性的背景热辐射相当于3K 的黑体辐射。
大学物理第10单元课后习题答案.docx
习题1010.1选择题(1)对于安培环路定理的理解，正确的是：(A)若环流等于零，则在回路L上必定是H处处为零；(B)若环流等于零，则在回路L上必定不包围电流；(O若环流等于零，则在回路L所包围传导电流的代数和为零；(D)回路L上各点的H仅与回路L包围的电流有关。
［答案：C］(2)对半径为R载流为I的无限长直圆柱体，距轴线r处的磁感应强度B ()(A)内外部磁感应强度B都与r成正比；(B)内部磁感应强度B与r成正比，外部磁感应强度B与r成反比；(C)内外部磁感应强度B都与r成反比；(D)内部磁感应强度B与r成反比，外部磁感应强度B与r成正比。
［答案:B］(3)质量为m电量为q的粒子，以速率v与均匀磁场B成0角射入磁场，轨迹为一螺旋线，若要增大螺距则要()(A)增加磁场B； (B)减少磁场B； (C)增加0角；(D)减少速率V。
［答案:B］(4)一个100匝的圆形线圈，半径为5厘米，通过电流为0.1安，当线圈在1.5T的磁场中从0=0的位置转到180度(0为磁场方向和线圈磁矩方向的夹角)时磁场力做功为() (A) 0.24J；(B) 2.4J； (C) 0.14J； (D) 14J。
［答案:A］10.2填空题(1)边长为a的正方形导线回路载有电流为I,则其中心处的磁感应强度______ =［答案：2臥I ,方向垂直正方形平面］na(2)计算有限长的直线电流产生的磁场—用毕奥——萨伐尔定律，而—用安培环路定理求得(填能或不能)。
［答案：能，不能］(3)电荷在静电场中沿任一闭合曲线移动一周，电场力做功为 ____ o电荷在磁场中沿任一闭合曲线移动一周，磁场力做功为 ____ o［答案：零，零］(4)两个大小相同的螺线管一个有铁心一个没有铁心，当给两个螺线管通以_电流时，管内的磁力线分布相同，管内的磁感线分布将 ____ =［答案：相同，不相同］10.3在同一磁感应线上，各点万的数值是否都相等?为何不把作用于运动电荷的磁力方向定义为磁感应强度鸟的方向？解：在同一磁感应线上，各点鸟的数值一般不相等.因为磁场作用于运动电荷的磁力方向不仅与磁感应强度万的方向有关，而且与电荷速度方向有关，即磁力方向并不是唯一由磁场决定的，所以不把磁力方向定义为直的方向.dl题10.3图10.4(1)在没有电流的空间区域里，如果磁感应线是平行直线，磁感应强度鸟的大小在沿磁感应线和垂直它的方向上是否可能变化(即磁场是否一定是均匀的)？(2)若存在电流，上述结论是否还对？解：(1)不可能变化，即磁场一定是均匀的.如图作闭合回路abed可证明B{=B2£ B-dl =B l da-B2bc = /J0^I = 0B x =(2)若存在电流，上述结论不对.如无限大均匀带电平面两侧之磁力线是平行直线, 但鸟方向相反，即B^B2.10.5用安培环路定理能否求有限长一段载流直导线周围的磁场？答：不能，因为有限长载流直导线周围磁场虽然有轴对称性，但不是稳恒电流，安培环路定理并不适用.10.6在载流长螺线管的情况下，我们导出其内部B = ^o nl,外面B=0,所以在载流螺线管外面环绕一周(见题10.6图)的环路积分牡民卜応=0但从安培环路定理来看，环路L中有电流I穿过，环路积分应为牡万外-df = //0/这是为什么？解：我们导出B 内=jU o nl,B^ =0有一个假设的前提，即每匝电流均垂直于螺线管轴线.这 时图中环路厶上就一定没有电流通过，即也是与（鸟外-dr=＜（o-dr=o 是不矛盾的.但这是导线横截面积为零，螺距为零的理想模型.实 际上以上假设并不真实存在，所以使得穿过厶的电流为/,因此实际螺线管若是无限长时， 只是鸟外的轴向分量为零，而垂直于轴的圆周方向分量B[= 必,r 为管外一点到螺线管轴 17VT题10.6图10.7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.10.8已知磁感应强度B = 2.0Wb/m 2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abed 面的磁通量；（2）通过图中b 妣面的磁通量；（3）通过图中*/^面的磁 通量.解：如题10.8图所示.⑴通过a0cd 面积,的磁通是（$面法线沿 x 轴正向）0）! =5-5] =2.0x0.3x0.4 = 0.24 Wb⑵通过befc 面积S 2的磁通量 0）2 = B • 52 = 0⑶通过a 创面积S3的磁通量（S3面法线沿x 、z 轴的正向）啓=用恳3 = 2x0.3x0.5xcos& = 2x0.3x0.5x? = 0.24 Wb10.9如题10-9图所示，AB. CD 为长直导线，RC 为圆心在O点的一段圆弧形I题10. 8图导线，其半径为若通以电流Z,求0点的磁感应强度.解：如题10-9图所示，O 点磁场由AB 、BC 、CD 三部分电流产生.其中AB 产生：& = 0CD 产生：场=上上，方向垂直向里 2 12RBC 段产生磁场 由B = ^-(sin^2- sin^J 得： 4mB 3 = ^^(sin 90° - sin 60° ) = ^-(1-—),方向丄向里 .R 2nR 2 •••恥+ B 严盟（1—子+汀方向丄向里.10.10在真空中，有两根互相平行的无限长直导线厶和厶2,相距0.ini,通有方向相反的电 流，/1=20A,/2=10A,如题10.10图所示.A, 3两点与导线在同一平面内.这两点与导线L 2的距离均为5.0cm •试求A, B 两点处的磁感应强度，以及磁感应强度为零的点的位置. Zi=20A0.1mL'i 丄—Z 2=10A 题10.10图解：如题10.10图所示，&方向垂直纸面向里2 茨崔丽+化g ^-2.(0Z0.05)+^0j^h33X1°-5T10.11如题10-11图所示，两根导线沿半径方向引向铁环上的A, B 两点，并在很⑵设片=0在厶2外侧距离厶2为厂处，则:解得r - 0.1 m1 n 题10-9图 2^(r + 0.1)2 岔远处与电源相连.已知圆环的粗细均匀，求环中心0的磁感应强度.解：如题10-11图所示，圆心O 点磁场由直电流Aoo 和Boo 及两段圆弧上电流人 与厶所产生，但A8和Boo 在O 点产生的磁场为零。
大学物理第十章课后答案
题图10-1题10-1解图d第十章习题解答10-1 如题图10-1所示，三块平行的金属板A ，B 和C ，面积均为200cm 2,A 与B 相距4mm ，A 与C 相距2mm ，B 和C 两板均接地，若A 板所带电量Q =3.0×10-7C ，忽略边缘效应,求：（1）B 和C 上的感应电荷？（2）A 板的电势（设地面电势为零）。
分析：当导体处于静电平衡时，根据静电平衡条件和电荷守恒定律，可以求得导体的电荷分布，又因为B 、C 两板都接地，所以有ACAB U U =。
解：（1）设B 、C 板上的电荷分别为B q 、C q 。
因3块导体板靠的较近，可将6个导体面视为6个无限大带电平面。
导体表面电荷分布均匀，且其间的场强方向垂直于导体表面。
作如图中虚线所示的圆柱形高斯面。
因导体达到静电平衡后，内部场强为零，故由高斯定理得：1A C q q =-2A B q q =-即 ()A B C q q q =-+ ①又因为： ACAB U U =而: 2AC ACdU E =⋅ AB AB U E d =⋅∴ 2AC AB E E =于是：002C B σσεε =⋅ 两边乘以面积S 可得： 002C B S S σσεε =⋅即： 2C B q q = ②联立①②求得: 77210,110C B q C q C --=-⨯=-⨯题图10-2(2) 00222C C A AC C AC AC q d d d U U U U E S σεε =+==⋅=⋅=⋅ 733412210210 2.2610()200108.8510V ----⨯=⨯⨯=⨯⨯⨯⨯10-2 如题图10-2所示，平行板电容器充电后，A 和B 极板上的面电荷密度分别为+б和－б，设P 为两极板间任意一点，略去边缘效应，求：（1）A,B 板上的电荷分别在P 点产生的场强E A ,E B ;（2）A,B 板上的电荷在P 点产生的合场强E ； (3)拿走B 板后P 点处的场强E ′。
大学物理 第10章 练习答案
3、一质点作简谐振动，在同一周期内相继通过相距为11cm的A,B两点，历时2秒，速度大小与方向均相同，再经过2秒，从另一方向以相同速率反向通过B点。该振动的振幅为，周期为。
(1)t=0.5s时，物体所在位置；
(2)t=0.5s时，物体所受.力的大小与方向；
(3)由起始位置运动到x=12cm处所需的最少时间；
(4)在x=12cm处，物体的速度、动能以及系统的势能和总能量。
3、如右图所示，绝热容器上端有一截面积为S的玻璃管，管内
放有一质量为m的光滑小球作为活塞。容器内储有体积为V、
练习三
一、选择题
1、下列关于LC振荡电路中说法不正确的是()
(A)电路中电流和电容器上的电量的变化也是一种简谐振动
(B)电容器放电完毕时，电路中的电流达到最大值
(C)电场能和磁场能相互转化，但总的电磁能量保持不变
(D)电容器充电时，由于线圈的自感作用，电流只能逐渐增大
2、LC振荡电路中电荷和电流的变化，下列描述不正确的是()
(A)强阻尼
(B)欠阻尼
(C)过阻尼
(D)临界阻尼
4、受迫振动的振幅依赖于()
(A)振子的性质
(B)振子的初始状态
(C)阻尼的大小
(D)驱动力的特征
二、填空题
1、实际上，真实的振动系统总会受到阻力作用而作振幅不断减小的阻尼振动，这是因为阻尼的存在使系统的能量逐渐减少，能量损失的原因通常有两种：和。
2、在灵敏电流计等精密仪表中，为使人们能较快地和较准确地进行读数测量，常使电流计的偏转系统工作在状态下。
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129第十章 量子物理基础本章提要1． 光的量子性· 物体由于自身具有一定温度而以电磁波的形式向周围发射能量的现象称热辐射。
· 在任何温度下都能全部吸收照射到其表面上的各种波长的光（电磁波），的物体称为绝对黑体，简称黑体。
· 单位时间内从物体单位表面积发出的、波长在λ附近单位波长间隔内电磁波的能量称单色辐射本领（又称单色辐出度），用)(T M λ表示· 单位时间内物体单位表面积发出的包括所有波长在内的电磁波的辐射功率称为辐射出射度，用则M 表示，M 与)(T M λ的关系为0()d M M T λλ∞=⎰2． 维恩位移定律在不同的热力学温度T 下，单色辐射本领的实验曲线存在一个峰值波长λm ， T 和λm 满足如下关系：λm T b =其中，b 是维恩常量。
该式称维恩位移定律。
3． 斯忒藩—玻尔兹曼定律· 黑体的辐射出射度M 与温度T 的关系为4T M σ=其中，σ为斯忒藩—玻尔兹曼常量。
该结果称斯忒藩—玻尔兹曼定律。
· 对于一般的物体4T M εσ=ε称发射率。
4． 黑体辐射· 能量子假说：黑体辐射不是连续地辐射能量，而是一份份地辐射能量，并且每一份能量与电磁波的频率ν成正比，满足条件E nhv =，其中n ＝1，2，3，…，等正整数，h 为普朗克常数。
这种能量分立的概念被称为能量量子化，130每一份最小的能量E hv =称为一个能量子。
· 普朗克黑体辐射公式（简称普朗克公式）为112)(/52-=kT hc e hc T M λλλπ其中，h 是普朗克常量。
由普朗克公式可以很好地解释黑体辐射现象。
· 光子假说：光是以光速运动的粒子流，这些粒子称为光量子，简称光子。
一个光子具有的能量为νh E =动量为 λh p =5． 粒子的波动性· 实物粒子也具有波粒二象性，它的能量E 、动量p 与和它相联系的波的频率ν、波长λ满足关系2E mc h ν==λh p m u ==这两个公式称为德布罗意公式或德布罗意假设。
· 和实物粒子相联系的波称为物质波或德布罗意波，物质波是一种表明粒子在空间概率分布的概率波。
· 位置不确定性越小，则同方向上的动量不确定性越大；也就是说，粒子位置限制的越准确，则动量就越不能准确地确定，这个结论叫做不确定关系。
其数学表达为h p x x ≥∆∆时间和能量的不确定关系为h t E ≥∆∆6．薛定谔方程及其应用· 微观粒子的运动状态需要用概率波来描述，概率波的数学表达称为波函数，通常以ψ表示。
一般来说，ψ是空间和时间的函数，即),,,(t z y x ψψ=。
· 2ψ表示粒子出现在单位体积内的概率，又称概率密度，其满足归一化条件，即2d 1V V ψ=⎰ · 描述粒子运动的波函数和粒子所处条件的关系称为薛定谔方程。
定态薛定谔方程的非相对论形式为1310)(22222222=-+∂∂+∂∂+∂∂ψψψψU E m z y x其中，m 为粒子的质量，U 为粒子在外力场中的势能函数，E 是粒子的总能量。
· 在无限深方势阱中的粒子能量为 22222222n k E n m maπ== 由此可知，粒子能量只能取离散值，称能量量子化，整数n 称为量子数。
每一个可能的能量值称为一个能级。
· 在有限势垒的情况下,粒子可以穿过势垒到达另一侧,这种现象叫做隧道效应。
7． 电子运动状态量子力学给出的原子中电子的运动状态由四个量子数决定：· 主量子数nn 的取值为1=n 、2、3、…，表示能量是量子化的，它决定了波函数的径 向分布，也决定了原子能量的大小。
· 角量子数l角量子数的取值为l = 0、1、2、…、（n －1），它表明电子绕核运动的角动量 是量子化的。
l 值不同表明电子云绕核转动的情况不同，一般说来，主量子数n 相同，而角量子数l 不同的电子，其能量也稍有不同。
· 磁量子数l m磁量子数的取值为=l m 0、±1、±2、…、±l ，它表明电子绕核运动的角动 量在外磁场中的指向是量子化的。
由于对于一定的角量子数l ，m l 可取(2l +1)个值。
因此，角动量在空间的取向有(2l +1)种可能，这个结论叫角动量的空间量子化。
· 自旋磁量子数s m 自旋磁量子数的取值为21±=s m ，它决定电子自旋角动量矢量在外磁场中的指向。
由于它只能取两个值，因此，电子自旋角动量的空间取向只有两个。
思考题10-1 什么是黑体？为什么从远处看山洞口总是黑的？答：在任何温度下都能全部吸收外来各种波长的光（电磁波）的物体称为绝对黑体，简称黑体。
山洞形成一个空腔，当光从洞口射入山洞后，经过洞壁的多次反射很难再射出洞口。
因此，山洞形成了一个绝对黑体，从远处来看，山洞口总是黑的。
10-2 假设人体的热辐射是黑体辐射，请用维恩定律估算人体的电磁辐射中，单色辐出度的最大波长是多少？答：根据维恩位移定律132m T b λ=可得m b Tλ= 将人体正常体温的最高值37℃带入上式，可算出人体电磁辐射中对应于最大的单色辐出度的波长值为69.3510-⨯m 。
10-3 所有物体都能发射电磁辐射，为什么用肉眼看不见黑暗中的物体？ 答：可见光的波长范围为400～700nm ，根据λνhc h E == 一般物体的能量相对较低，相应的波长较长，超出了可见光400～700nm 的波长范围。
因此，人的肉眼看不见黑暗中的物体。
10-4请用日常生活中所见到的例子说明在物体热辐射的各种波长中，单色辐出度最大的波长随物体温度的升高而减小？答：火焰外焰温度较高，内焰相对温度较低。
当观察火焰时，内焰的颜色偏红，外焰的颜色偏蓝，由此可以说明单色辐出度最大的波长随物体温度的升高而减小。
10-5 普朗克提出了能量量子化的概念。
在经典物理学的范围内，有没有量子化的物理量，请举出例子。
答：在经典物理学范围内有量子化的物理量，比如，电荷的电量是量子化的。
10-6 什么是爱因斯坦的光量子假说，光子的能量和动量与什么因素有关？ 答：爱因斯坦认为，一束光是一束以光速运动的粒子流，这些粒子称为光量子，后来简称光子。
不同颜色的光的光子能量不同。
若光的频率为ν，一个光子具有的能量为E h ν=，光子的动量为p h /λ=，这就是爱因斯坦的光量子假说。
由此可见，光子的能量和动量与光的波长和频率有关。
10-7 “光的强度越大，光子的能量就越大。
”这句话对吗？答：不对。
光的强度是单位时间内照射在单位面积上的光的总能量。
当频率一定时，光的强度只与光子的数目有关。
光的强度越大说明光子数越多，而不能说明光子的能量就越大。
10-8 什么是康普顿效应？答：当X 射线通过物质向各个方向散射时，在散射的X 射线中，除了存在波长与原有射线相同的成分外，还有波长较长的成分，这种波长改变的散射称为康普顿散射，也称康普顿效应。
10-9 什么德布罗意波粒二象性假设？答：实物粒子也具有波动性，一个实物粒子的能量E 、动量p 与和它相联系133的波的频率ν、波长λ的关系为2E mc h ν==h p m υλ==这就是德布罗意波粒二象性假设。
与实物粒子相联系的波称德布罗意波，这两个关系称为德布罗意公式（或假设）。
10-10 日常生活中，为什么觉察不到粒子的波动性和电磁辐射的粒子性？ 答：根据德布罗意假设，粒子的动量越大，相应的波长越小。
日常生活中所能接触到的粒子的动量较大，粒子的波长很小，粒子的波动性不明显。
而电磁辐射的波长相对较长，容易绕过障碍物。
所以，电磁辐射的波动性很明显，而其粒子性很难察觉到。
10-11 如果一个粒子的速率增大了，它的德布罗意波长是增大还是减小？ 答：由于粒子的动能为 mp mv E k 22122== 将德布罗意公式λh p =带入得222λm h E k = 由此可见，速度增大时，动能增大，德布罗意波的波长将减小。
10-12 一个电子和一个原子具有相同的动能，谁的德布罗意波长较大？ 答：电子和原子的动能均为22122k p E mv m== 又由德布罗意公式hp λ=得222λm h E k = 由于电子的质量大于原子的能量，因此，电子的德布罗意波长小于原子的德布罗意波长。
10-13 什么是不确定关系？答：不确定关系是指微观粒子不能同时具有确定的位置和确定的动量，它是微观粒子的基本特征。
13410-14 在经典力学中，用粒子的位置和速度来描述其运动状态。
在量子力学中如何描述粒子的运动状态？答：在量子力学中，微观粒子的运动状态用概率波的波函数来描述。
概率波的数学表达称为波函数，通常以ψ表示，其运动方程为薛定谔方程。
一般来说，ψ是空间和时间的函数，即),,,(t z y x ψψ=10-15 在一维无限深势阱中，如果减小势阱的宽度，粒子的能级将如何变化？如增大势阱的宽度，粒子的能级又将如何变化？答：一维无限深的方势阱中粒子的可能能量为2228n h E n ma = 式中，a 为势阱宽度。
由此关系可知，E 与a 2成反比关系。
所以，若减小势阱的宽度a ，粒子能级所对应的能量将增加；反之，若增大势阱的宽度a ，粒子能级所对应的能量将减小。
练习题10-1 若将星球看成绝对黑体，利用维恩位移律，通过测量λm 便可估计其表面温度。
现测得太阳和北极星的λm 分别为510nm 和350nm ，试求它们的表面温度和黑体辐射出射度。
解：（1）根据维恩位移定律m T b λ=其中，2898(m K)b μ=⋅。
将其变形得m bT λ=带入数据可解出太阳和北极星的的表面温度分别为61912898105682(K)51010m bT λ--⨯===⨯ 62922898108280(K)35010m b T λ--⨯===⨯ （2） 根据斯忒潘－玻尔兹曼定律4M T σ=其中，8-2-45.6710(W m K )σ-=⨯⋅⋅。
将前述解得的太阳和北极星的的表面温度带135入可得太阳和北极星的黑体辐射出射度分别为4847211 5.6710(5682) 5.9110(W m )M T σ-==⨯⨯=⨯⋅484822-25.6710(8280) 2.6710(W m )M T σ-==⨯⨯=⨯⋅10-2 天狼星的温度大约是11000K 。
试由维恩位移定律计算其辐射峰值的波长。
解：由维恩位移定律m T b λ=可得m b Tλ= 已知天狼星的温度为11000K ，并考虑到2898(m K)b μ=⋅， 由此可解得天狼星的峰值波长为6289810(m)263.4(nm)11000m b T λ-⨯===10-3 太阳辐射到地球大气层外表面单位面积的辐射通量I 0称为太阳常量，实验测得I 0＝1.5kW/m 2。