大学物理学恒定磁场练习题

大学物理学恒定磁场练习题
大学物理学恒定磁场练习题

《大学物理学》恒定磁场部分自主学习材料

要掌握的典型习题:

1. 载流直导线的磁场:已知:真空中I 、1α、2α、x 。

建立坐标系Oxy ,任取电流元I dl v

,这里,dl dy =

P 点磁感应强度大小:02

sin 4Idy dB r μα

π=

方向:垂直纸面向里?。

统一积分变量:cot()cot y x x παα=-=-; 有:2

csc dy x d αα=;sin()r x πα=-。

则: 2022sin sin 4sin x d B I x μαααπα

=?21

0sin 4I d x ααμααπ=?012(cos cos )4I x μααπ-=。 ①无限长载流直导线:παα==210,,02I

B x

μπ=;(也可用安培环路定理直接求出)

②半无限长载流直导线:παπα==212,,04I

B x

μπ=。

2.圆型电流轴线上的磁场:已知:R 、I ,求轴线上P 点的磁感应强度。

建立坐标系Oxy :任取电流元Idl v

,P 点磁感应强度大小:

2

04r Idl

dB πμ=

;方向如图。

分析对称性、写出分量式:

0B dB ⊥⊥==?r r ;??==20

sin 4r

Idl dB B x x α

πμ。 统一积分变量:r R =αsin

∴??==20sin 4r

Idl dB B x x απμ?=dl r IR

304πμR r IR ππμ2430?=232220)(2x R IR +=μ。 结论:大小为2

022322032()24I R r

IR B R x μμππ??=

=+;方向满足右手螺旋法则。 ①当x R >>时,2

20033224IR I R B x

x

μμππ=

=??; ②当0x =时,(即电流环环心处的磁感应强度):00224I

I

B R R

μμππ=

=

?;

③对于载流圆弧,若圆心角为θ,则圆弧圆心处的磁感应强度为:04I

R

B μθπ=。

B

v

?

R

I

dl

B v

第③情况也可以直接用毕—沙定律求出:00

0220

444I

Idl IRd B R R R

θ

μμ

μθθππ

π===??

。 一、选择题: 1.磁场的高斯定理

0S

B dS ?=??

v

v ò说明了下面的哪些叙述是正确的( )

(a ) 穿入闭合曲面的磁感应线条数必然等于穿出的磁感应线条数; (b ) 穿入闭合曲面的磁感应线条数不等于穿出的磁感应线条数; (c ) 一根磁感应线可以终止在闭合曲面内; (d ) 一根磁感应线可以完全处于闭合曲面内。 (A )ad ; (B )ac ; (C )cd ; (D )ab 。

【提示:略】

7-2.如图所示,在磁感应强度B 的均匀磁场中作一半经为r 的半球面S ,

S 向边线所在平面法线方向单位矢量n v 与B v

的夹角为α,则通过半球面

S 的磁通量(取凸面向外为正)Φ为: ( ) (A )2

r B π;(B )2

2r B π;(C )2

sin r B πα-;(D )2

cos r B πα-。

【提示:由通量定义m B d S Φ=??v

v 知为2cos R B πα-】

7--2.在图(a )和(b )中各有一半径相同的圆形回路1L 、2L ,圆周内有电流1I 、2I ,其分布相同,且均在真空中,但在(b )图中2L 回路外有电流3I ,1P 、2P 为两圆形回路上的对应点,则:( )

(A )1

2

d d L L B l B l ?=

???v v

v v 蜒,12P P B B =; (B )1

2

d d L L B l B l ?≠

???v

v

v v 蜒,12P P B B =; (C )1

2

d d L L B l B l ?=

???v v

v v 蜒,12P P B B ≠; (D )

1

2

d d L L B l B l ?≠

???

v

v

v v 蜒,12P P B B ≠。

【提示:用0i l B d l I μ?=∑?v v ?判断有1

2

L L =

??

蜒;但P 点的磁感应强度应等于空间各电流在P 点产生磁感强度

的矢量和】

7--1.如图所示,半径为R 的载流圆形线圈与边长为a 的 正方形载流线圈中通有相同的电流I ,若两线圈中心的 磁感应强度大小相等,则半径与边长之比:R a 为:( ) (A )1;(B )2π;(C )2/4π;(D )2/8π。

【载流圆形线圈为:00242O I I B R R μμππ=

?=;正方形载流线圈为:00432(cos cos )4/244I I

B a μππμπ?=?-=?W ,则当O B B =W 时,有:2/4R a π=】

n

v α

S

B

v R

a

7-1.两根长度L 相同的细导线分别密绕在半径为R 和r (2R r =)的两个长直圆筒上形成两个螺线管,两个螺线管长度l 相同,通过的电流I 相同,则在两个螺线管中心的磁感应强度的大小之比:R r B B 为: ( )

(A )4; (B )2; (C )1; (D )

12

。 【提示:用0B nI μ=判断。考虑到2R L n R π=

,2r L n r

π=】 6.如图所示,在无限长载流直导线附近作一球形闭合曲面S ,当球面S 向长直导线靠近时,穿过球面S 的磁通量Φ和面上各点的磁感应强度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。

【提示:由磁场的高斯定理

0S B dS ?=??v v ò知Φ不变,但无限长载流直导线附近磁场分布为:02I B r

μπ=】 7.两个载有相等电流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,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。

【提示:载流圆线圈在圆心处为00242I I

B R R

μμππ=

?=,水平线圈磁场方向向上,竖直线圈

磁场方向向里,∴合成后磁场大小为B =

7-11.如图所示,无限长直导线在P 处弯成半径为R

则在圆心O 点的磁感强度大小等于:(

(A) 02I R μπ ;

(B) 04I R μ ;(C) 01(1)2I R μπ- ;(D) 01(1)4I R μπ

+ 。

【提示:载流圆线圈在圆心处为00242I I B R R μμππ=

?=,无限长直导线磁场大小为02I

B R

μπ=,方向相反,合成】 9.如图所示,有一无限大通有电流的扁平铜片,宽度为a ,厚度不计,电流I 在铜片上均匀分布,在铜片外与铜片共面,离铜片左边缘为b 处的P 点的磁感强度的大小为:( ) (A)

02()

I

a b μπ+; (B)

0ln 2I a b b a

μπ+; (C) 0ln 2I a b

a b

μπ+; (D) 02[(/2)]I a b μπ+。

【提示:无限长直导线磁场大小为02I B r μπ=。若以铜片左边缘为原点,水平向右为x 轴,有:02()P I

d x a d B b x μπ=

-,积分有:000ln 22P a I d x I b B a b x a b a μμππ-=

=-+?。注意:ln ln b b a

b a b

+=-+】 P

10.一根很长的电缆线由两个同轴的圆柱面导体组成,若这两个圆柱面的半径分别为R 1和R 2(R 1

(A ) (B ) (C ) (D )

【提示:由安培环路定理0i l B d l I μ?=∑?v v ?知r

B r μπ=;r >R 2时, 30B =】

11.有一半径R 的单匝圆线圈,通有电流I ,若将该导线弯成匝数N = 2的平面圆线圈,导

线长度不变,并通以同样的电流,则线圈中心的磁感强度和线圈的磁矩分别是原来的( ) (A) 4倍和1/8;(B) 4倍和1/2;(C) 2倍和1/4;(D) 2倍和1/2。

【提示:载流圆线圈在圆心磁场为02I

B R

μ=,导线长度为2R π,利用22'2R R ππ=?,有'/2R R =,∴

00'2442'

2I

I

B B R R

μμ=?

=?

=;磁矩可利用m N I S =求出,∵2S R π=,2''/4S R S π==,∴'2/4/2m IS m ==】

12.洛仑兹力可以( )

(A )改变带电粒子的速率; (B )改变带电粒子的动量; (C )对带电粒子作功; (D )增加带电粒子的动能。

【提示:由于洛仑兹力总是与带电粒子的速度方向垂直,所以只改变粒子的运动方向而不改变粒子的速率】

13.一张气泡室照片表明,质子的运动轨迹是一半径为的圆弧,运动轨迹平面与磁感强度大

小为m 2的磁场垂直,该质子动能的数量级为:( ) (A ); (B )1MeV ; (C ); (D )10Mev

【提示:由2/ev B mv R =知221()2eBR mv m =,有1922427

1.6100.30.110()1.6710

K E e eV --???=?:】 7--3.一个半导体薄片置于如图所示的磁场中,薄片通有方向 向右的电流I ,则此半导体两侧的霍尔电势差:( ) (A )电子导电,a b V V <;(B )电子导电,a b V V >; (C )空穴导电,a b V V >;(D )空穴导电,a b V V =。

【提示:如果主要是电子导电,据左手定则,知b 板集聚负电荷,有a b V V >;如果主要是空穴导电,据左手定则,知b 板集聚正电荷,有a b V V <】

15.一个通有电流I 的导体,厚度为d ,横截面积为S ,放在磁感强度为B 的匀强磁场中,磁场方向如图所示,现测得导体上下两面电势差为U H ,则此导体的霍尔系数为:( )

1

2

R 1

1

2

R 1

2

R

(A )H H U d R I B =

;(B )H H I BU R S d =;(C )H H U S R I B d =;(D )H H I U S

R B d

=。 【提示:霍尔系数为:1H R nq =

,而霍尔电压为:H I B U nqd =,∴H H U d

R I B

=】 16.如图所示,处在某匀强磁场中的载流金属导体块中出现霍耳效应,测得两底面M 、N 的电势差为30.310V M N V V --=?,则图中所加匀 强磁场的方向为:( )

(A )竖直向上; (B )竖直向下; (C )水平向前; (D )水平向后。

【提示:金属导体主要是电子导电,由题知N 板集聚负电荷,据左手定则,知强磁场方向水平向前】

17.有一由N 匝细导线绕成的平面等腰直角三角形线圈,直角边长为a , 通有电流I ,置于均匀外磁场B 中,当线圈平面的法向与外磁场方向成60o

时,该线圈所受的磁力矩M m 为:( )

(A)

2Na IB ;

(B) 2Na IB ;

(C) 2sin 60IB o ;(D) 0 。

【提示:磁矩为m N I S =, 2

/2S a =,M m B =?v v v

,∴2sin 602NIa B M ==o

18.用细导线均匀密绕成长为l 、半径为a (l >>a )、总匝数为N 的螺线管,通以稳恒电流I ,当管内充满相对磁导率为r μ的均匀介质后,管中任意一点的( ) (A )磁感应强度大小为NI r μμ0; (B )磁感应强度大小为l NI r /μ; (C )磁场强度大小为l NI /0μ; (D )磁场强度大小为l NI /。

【提示:螺线管0r B nI μμ=。而/n N l =,有0/r B N I l μμ=;又0r B H μμ=,有/H N I l =】

19.如图所示的一细螺绕环,它由表面绝缘的导线在铁环上密绕而成,每厘米绕10匝.当导线中的电流I 为2A 时,测得铁环内的磁感应强度的大小B 为1T

磁导率r μ为(真空磁导率7

0410/T m A μπ

-=??) ( )

(A) 796 ;(B) 398;(C)199 ;;

(D) 63.3。

【提示:螺线管0r B nI μμ=。取n =103】

20.半径为R 的无限长圆柱形直导线置于无穷大均匀磁介质中,其相对磁导率为r μ,导线内通有电流强度为I 的恒定电流,则磁介质内的磁化强度M 为:( ) (A )(1)2r I r

μπ--

;(B )

(1)2r I r

μπ-;(C )

2r I r μπ;(D )2r I

r

πμ。 【提示:由安培环路定理i l H d l I ?=∑?v v ?知:2I H r π=,再由0r B H μμ=有:02r I B r μμπ=,考虑到0

B

H M μ=-有:0

(1)222r r B

I I I

M H r r r

μμμπππ=

-=

-=-】

7--4.磁介质有三种,用相对磁导率r μ表征它们各自的特性时:( ) (A )顺磁质0r μ>,抗磁质0r μ<,铁磁质1r μ?; (B )顺磁质1r μ>,抗磁质1r μ=,铁磁质 1r μ?; (C )顺磁质1r μ>,抗磁质1r μ<,铁磁质 1r μ?; (D )顺磁质0r μ<,抗磁质1r μ<,铁磁质0r μ>。

【提示:略】

7--5.两种不同磁性材料做的小棒,分别放在两个磁铁的两个磁极之间,小棒被磁化后在磁极

间处于不同的方位,如图所示,则:( ) (A )a 棒是顺磁质, b 棒是抗磁质; (B )a 棒是顺磁质, b 棒是顺磁质; (C )a 棒是抗磁质, b 棒是顺磁质; (D )a 棒是抗磁质, b 棒是抗磁质。

【提示:略】

二、填空题

1.一条载有10A 的电流的无限长直导线,在离它0.5m 远的地方产生的磁感应强度大小B 为 。

【提示:由安培环路定理0i l B d l I μ?=∑?v v ?知02I B r μπ=,有:74101020.5B ππ-??==?6410T -?】

2.一条无限长直导线,在离它0.01m 远的地方它产生的磁感应强度是4

10T -,它所载的电流为 。

【提示:利用02I

B r

μπ=

,可求得I =5A 】 7-15.如图所示,一条无限长直导线载有电流I ,在离它d 远的地方的 长a 宽l 的矩形框内穿过的磁通量Φ= 。

【提示:由安培环路定理知02I

B r μπ=,再由S B dS Φ=???v v 有:

02d b

d

I ld r r μπ+Φ=?=?

0ln 2I l d b

d

μπ+】 7-9.地球北极的磁场B 可实地测出。如果设想地球磁场是由地球赤道上的一个假想的圆电流(半径为地球半径R )所激发的,则此电流大小为I = 。

【提示:利用载流圆环在轴线上产生的磁感强度公式:202232

2()I R B R x μ=

+

,有B =。则I

=0】 5.形状如图所示的导线,通有电流I ,放在与匀强磁场垂直的平 面内,导线所受的磁场力F = 。

?

?

?

?

?

?

I

1

【提示:考虑dF I dl B =?v v

v ,再参照书P271例2可知:F =(2)BI l R +】

6.如图所示,平行放置在同一平面内的三条载流长直导线, 要使导线AB 所受的安培力等于零,则x 等于 。

【提示:无限长直导线产生的磁场,考虑导线AB 所在处的合磁场为0,有:

00222()

I I

x a x μμππ?=-,解得:x =/3a 】 7.如图所示,两根无限长载流直导线相互平行,通过的电流分别为1I 和2I 。则

1

L B dl ?=?v v ? ,2

L B dl ?=?v v ? 。

【提示:L 1包围I 1和I 2两个反向电流,有:1

L B dl ?=?v v ?021()I I μ-,而L 2由

于特殊的绕向,包围I 1和I 2两个同向电流,有:2

L B dl ?=?v v ?021()I I μ+】

8.真空中一载有电流I 的长直螺线管,单位长度的线圈匝数为n ,管内中段部分的磁感应强度为 ,端点部分的磁感应强度为 。

【提示:“无限长”螺线管内的磁感强度为0n I μ,“半无限长”螺线管端点处的磁感强度为一半:0/2nI μ】

9.半径为R ,载有电流为I 的细半圆环在其圆心处O 点所产生的磁感强度 ;如果上述条件的半圆改为3/π的圆弧,则圆心处O 点磁感强度 。

【提示:圆弧在圆心点产生的磁感强度:04I B R μθπ=

?,∴半圆环为04I R μ;3π圆弧为 012I

R

μ】 10.如图所示,ABCD 是无限长导线,通以电流I ,BC 段 被弯成半径为R 的半圆环,CD 段垂直于半圆环所在的平面, AB 的沿长线通过圆心O 和C 点。则圆心O 处的磁感应强度 大小为 。

【提示:AB 段的延长线过O 点,对O 的磁感强度没有贡献。BC 半圆弧段在O 点产生方向垂直于圆弧平面向里的磁感强度:00144I I

B R R

μμππ=?=,半无限长直导线CD 在O 点处产生方向在圆弧平面内向下的磁感强度:024I B R

μπ=

,∴B

】 7-12.一无限长导线弯成如图形状,弯曲部分是一半径为R 的半圆,两直线部分平行且与半圆平面垂直,如在导线上通有电流I ,方向如图。圆心O 处的磁感应强度为 。

【提示:同上题。半圆弧段在O 点产生方向垂直于圆弧平面向里的磁感强度:00144I I B R R

μμππ=

?=,两个半无限长直导线在O 点处都产生方向在圆弧平面内向下的磁感强度:022I B R

μπ=

,∴B

】 7-11.两图中都通有电流I ,方向如图示,已知圆的 半径为R ,则真空中O 处的磁场强度大小和方向为:

左图O 处的磁场强度的大小为 , 方向为 ;

右图O 处的磁场强度的大小为 ,方向为 。

【提示:左图半圆弧段:014I

B R

μ=

,两个半无限长直导线:022I

B R

μπ=

,方向都是垂直于纸面向里,∴B =

0024I I R R μμπ+;右图1/4圆弧:B =08I

R

μ,方向是垂直于纸面向外,两直导线的延长线都过O 点,对O 的磁感强度没有贡献。】

13.有一相对磁导率为500的环形铁芯,环的平均半径为10cm ,在它上面均匀地密绕着360匝线圈,要使铁芯中的磁感应强度为,应在线圈中通过的电流为 。

【提示:利用0r B nI μμ=有0r B

I n

μμ=

, 则7

0.15410500360/20.1I ππ-=

????,解得I =

5

12

A 】 7-10.两根长直导线沿半径方向引到铁环上的A 、

B 两点,并与很远的 电源相连,如图所示,环中心O 的磁感应强度B = 。

【提示:圆环被分成两段圆弧,在O 点产生的磁场方向相反,圆弧产生磁感强度满足04I

B R

μθπ=

?,显然,优弧所对的圆心角大,但优弧和劣弧并联,劣弧的电阻小,所分配的电流大。圆心角和电流正好相对涨落,也可经过计算得知:B =0】

7-19.电流I 均匀流过半径为R 的圆形长直导线,则单位长直导线 通过图中所示剖面的磁通量Φ= 。

【提示:在导线内部r 处磁场分布为022I r

B R μπ=,则磁通量02012R I r dr R

μπ?Φ=?,经计算知:Φ=

04I

μπ

】 三、计算题

7-13.如图所示,一半径为R 的无限长半圆柱面导体,沿长度方向的 电流I 在柱面上均匀分布,求中心轴线OO 上的磁感强度。

7-14.如图所示为亥姆赫兹线圈,是由一对完全相同、 彼此平行的线圈构成。若它们的半径均为R ,电流 均为I ,相距也为R ,则中心轴线上O 、O 1、O 2上 的磁感强度分别为多少

7-25.霍尔效应可用来测量血流的速度,其原理如图所示, 在动脉血管两侧分别安装电极并加以磁场。设血管的直 径为2mm ,磁场为,毫伏表测出血管上下两端的

电压为,血管的流速为多大

O

A

B I

I R

R

O

'

O I ???I

R O

1

O 2

O S

mV

N

7-29.如图所示,一根长直导线载有电流为I 1,矩形 回路上的电流为I 2,计算作用在回路上的合力。

7-33.在氢原子中,设电子以轨道角动量2h

L π

=

绕质子作圆周运动,其半径r 为115.2910m -?,求质子所在处的磁感强度。(h 为普朗克常数:34

6.6310J s -??)

7-34.半径为R 的薄圆盘均匀带电,电荷面密度为σ,

令此盘绕通过盘心且垂直盘面的轴线作匀速转动,

角速度为ω,求轴线上距盘心x 处的磁感强度的

大小和旋转圆盘的磁矩。

7-35.一根同轴电缆线由半径为R 1的长导线和套在它外面的 半径为R 2的同轴薄导体圆筒组成,中间充满相对磁导率 为r μ(1r μ<)的磁介质,如图所示。传导电流沿导线 向上流去,由圆筒向下流回,电流在截面上均匀分布。求 空间各区域内的磁感强度和磁化电流。

8.螺绕环中心周长l =10cm ,环上均匀密绕线圈N =200匝,线圈中通有电流I =100mA 。 (1)求管内的磁感应强度B 0和磁场强度H 0;

(2)若管内充满相对磁导率r μ=4200的磁性物质,则管内的B 和H 是多少 (3)磁性物质内由导线中电流产生的0B 和由磁化电流产生的B '各是多少

磁场部分自主学习材料解答

一、选择题:

三、计算题

1.解:画出导体截面图可见: 电流元电流I I

d I Rd d R θθππ=

?=, 产生的磁感应强度为:022I

d B d R

μθπ=v ,方向如图; 由于对称性,d B v 在y 轴上的分量的积分0y B =;d B v

在x 轴上的分量为: 02sin 2x I d B d R μθθπ=

,∴00220sin 2x

I I

B B d R R

πμμθθππ===?。方向为Ox 轴负向。

I

x

2.解:利用载流圆环在轴线上产生的磁感强度公式:2

02232

2()I R B R x μ=

+,

有O

上的磁感强度:2

000223/220.7162[(2)]O IR I

I B R R R

R μμμ=?=

=+;

O 1

上的磁感强度:

12

0000223/20.677

22()O I IR I

I B R R R R R μμμμ=

+

=

=+ 同理O 2上的磁感强度产生的磁感应强度也为:200.677O I

B R

μ=。

3.解:洛仑兹力解释霍尔效应的方法是: “动平衡时,电场力与洛仑兹力相等”。

有:H qvB qE =,则/H v E B =;又∵/H H E U d =

33

0.1100.625/0.08210

H U v m s B d --?==

=??。 4.解:由安培环路定律0

l

B d l I μ?=?v

v ?知:

电流1

I 产生的磁感应强度分布为:01

2I B r

μπ=

,方向?; 则回路左端受到的安培力方向向左,大小:012212I I l

F I l B d

μπ==1; 回路右端受到的安培力方向向右,大小:012222()I I l

F I l B d b μπ==+2;

回路上端受到的安培力方向向上,大小:010122ln 22d b d I d r I I d b

F I r d μμππ++==?3;

回路上端受到的安培力方向向下,大小:010122ln 22d b d I d r I I d b F I r d

μμππ++==?4;

合力为:01201201222()2()

I I l I I l I I l b

F d d b d d b μμμπππ=-=?++,方向向左。

5.解:由电流公式q I t =知电子绕核运动的等价电流为:2e I ω

π

=,

由L J ω=知22h m r ωπ=

,有224eh

I m r π=;利用02I B r

μ=得:023

8eh B m r μπ= ∴7

19

34

231113

410 1.610 6.6310

12.589.1110(5.2910)

B T ππ-----?????=

=???。 6.解:如图取半径为r ,宽为dr 的环带。 元电流:22dq dq dI dq T ωπωπ

=

==, 而2dq d s r d r σπσ==, ∴dI r dr σω=

I

利用载流圆环在轴线上产生的磁感强度公式:

2

02

232

2()

I r B r x μ=

+,有22002

23/2

2

23/2

2()

2()

r dI

r rdr

dB r x r x μμσω=

=

++

32222

00223/2

223/2

()2()4

()R

R

r r x x B d r d r r x r x μσω

μσω

+-==

++??

,有:

22

02)2

B x μσω=

-,方向:x 轴正向。磁矩公式:m I S n =v v

如图取微元:2

d m S d I r r d r πσω==

4

2

4

R

R m d m r r d r πσωπσω===

??,方向:x 轴正向。

7.解:因磁场柱对称,取同轴的圆形安培环路用公式l

H dl I ?=∑?v

v ?

当10r R <<时,2

12

1

2r rH I R πππ=,得:1212r I H R π=; 当12R r R <<时,22rH I π=,得:22I H r

π=;

当2r R >时,320rH π=,得:30H =;

考虑到导体的相对磁导率为1,利用公式0r B H μμ=,有:

012

12r I B R μπ=

,022r I

B r

μμπ=,30B =。 再利用公式0

B

M H μ=

-,得:10M =,2(1)2r I

M r

μπ-=

,30M =

则磁介质内外表面的磁化电流可由s l

I M d l =??v v ?求出:

当1r R =时,磁介质内侧的磁化电流为:11(1)2(1)2r si r I

I R I R μπμπ-=

?=-;

当2r R =时,磁介质外侧的磁化电流为:22

(1)2(1)2r se r I

I R I R μπμπ-=

?=-。 8.解:(1)由7

5002004100.18100.1

B n I T μππ--==???=?, 而0200

0.1200/0.1

H n I A m ==?=; (2)若4200r μ=,则:5

4200810B T π-=??,0200/H H A m ==; (3)由0'B B B =+,有5

0'4199810B B B T π-=-=??。

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 2, 2 (B) t R 2,0 (C) 0,0 (D) 0,2t R [答案:B] 1.2填空题 (1) 一质点,以1 s m 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 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

大学物理课后习题答案(北邮第三版)下

大学物理习题及解答 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 20 220)33(π4130cos π412a q q a q '=?εε 解得 q q 33 - =' (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,求每个小球所带的电量. 解: 如题8-2图示 ????? ===22 0)sin 2(π41sin cos θεθθl q F T mg T e 解得 θ πεθtan 4sin 20mg l q = 8-3 根据点电荷场强公式 204r 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: 2 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 02 4d q πε,又有人说,因为f =qE , S q E 0ε= ,所

大学物理第三版(下册)答案解析

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 8-7 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 ?λλd 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

大学物理学(第三版)第二章课后标准答案

习题2 2.1 选择题 (1) 一质点作匀速率圆周运动时, (A)它的动量不变,对圆心的角动量也不变。 (B)它的动量不变,对圆心的角动量不断改变。 (C)它的动量不断改变,对圆心的角动量不变。 (D)它的动量不断改变,对圆心的角动量也不断改变。 [答案:C] (2) 质点系的内力可以改变 (A)系统的总质量。 (B)系统的总动量。 (C)系统的总动能。 (D)系统的总角动量。 [答案:C] (3) 对功的概念有以下几种说法: ①保守力作正功时,系统内相应的势能增加。 ②质点运动经一闭合路径,保守力对质点作的功为零。 ③作用力与反作用力大小相等、方向相反,所以两者所作功的代数和必为零。 在上述说法中: (A)①、②是正确的。 (B)②、③是正确的。 (C)只有②是正确的。 (D)只有③是正确的。 [答案:C] 2.2填空题 (1) 某质点在力i x F )54(+=(SI )的作用下沿x 轴作直线运动。在从x=0移动到x=10m 的过程中,力F 所做功为。 [答案:290J ] (2) 质量为m 的物体在水平面上作直线运动,当速度为v 时仅在摩擦力作用下开始作匀减速运动,经过距离s 后速度减为零。则物体加速度的大小为,物体与水平面间的摩擦系数为。 [答案:2 2 ;22v v s gs ] (3) 在光滑的水平面内有两个物体A 和B ,已知m A =2m B 。(a )物体A 以一定的动能E k 与静止的物体B 发生完全弹性碰撞,则碰撞后两物体的总动能为;(b )物体A 以一定的动能E k 与静止的物体B 发生完全非弹性碰撞,则碰撞后两物体的总动能为。 [答案:2; 3 k k E E ] 2.3 在下列情况下,说明质点所受合力的特点: (1)质点作匀速直线运动; (2)质点作匀减速直线运动; (3)质点作匀速圆周运动; (4)质点作匀加速圆周运动。 解:(1)所受合力为零;

【免费下载】大学物理学第三版上 课后习题1答案详解

习题11.1选择题(1) 一运动质点在某瞬时位于矢径的端点处,其速度大小为),(y x r (A) (B)dt dr dt r d (C) (D) dt r 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,瞬时加速度,则s m v /2=2/2s m a -=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) (B) t R t R ππ2,2t R π2,0(C) (D) 0,00,2t R π[答案:B]1.2填空题(1) 一质点,以的匀速率作半径为5m 的圆周运动,则该质点在5s 内,位移的大小1 -?s m π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航行,水流速度为,一人相对于甲板以速度行走。 1V 2V 3V 如人相对于岸静止,则、和的关系是 。1V 2V 3V [答案: ]0321=++V V V 试卷相力保

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22484dx 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 ||与 有无不同?和有无不同? 和有无不同?其不同在哪里?r ?r ?t d d r d d r t t d d v t d d v 试举例说明.解:(1)是位移的模,是位矢的模的增量,即,;r ??r r ?12r r -=12r r r -=?(2)是速度的模,即.t d d r t d d r ==v t s d d 只是速度在径向上的分量.t r d d ∵有(式中叫做单位矢),则r r ?r =r ?t ?r ?t r t d d d d d d r r r +=式中就是速度在径向上的分量,t r d d

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大学物理第三版下册 答案

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 8-2 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,求每个小球所带的电量. 解: 如题8-2图示 ?? ? ? ? = = = 2 2 ) sin 2( π4 1 sin cos θ ε θ θ l q F T mg T e 仅供学习与交流,如有侵权请联系网站删除谢谢103

仅供学习与交流,如有侵权请联系网站删除 谢谢103 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 02 4d 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.

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 2, 2 (B) t R 2,0 (C) 0,0 (D) 0,2t R [答案:B] 1.2填空题 (1) 一质点,以1 s m 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)

大学物理学(第三版)第三章课后答案(主编)赵近芳

习题3 3.1选择题 (1) 有一半径为R 的水平圆转台,可绕通过其中心的竖直固定光滑轴转动,转 动惯量为J ,开始时转台以匀角速度ω0转动,此时有一质量为m 的人站在转台 中心,随后人沿半径向外跑去,当人到达转台边缘时,转台的角速度为 (A)02ωmR J J + (B) 02)(ωR m J J + (C) 02ωmR J (D) 0ω [答案: (A)] (2) 如题3.1(2)图所示,一光滑的内表面半径为10cm 的半球形碗,以匀角 速度ω绕其对称轴OC 旋转,已知放在碗内表面上的一个小球P 相对于碗静止, 其位置高于碗底4cm ,则由此可推知碗旋转的角速度约为 (A)13rad/s (B)17rad/s (C)10rad/s (D)18rad/s (a) (b) 题3.1(2)图 [答案: (A)] (3)如3.1(3)图所示,有一小块物体,置于光滑的水平桌面上,有一绳其一端 连结此物体,;另一端穿过桌面的小孔,该物体原以角速度w 在距孔为R 的圆周 上转动,今将绳从小孔缓慢往下拉,则物体 (A )动能不变,动量改变。 (B )动量不变,动能改变。 (C )角动量不变,动量不变。 (D )角动量改变,动量改变。 (E )角动量不变,动能、动量都改变。 [答案: (E)] 3.2填空题 (1) 半径为30cm 的飞轮,从静止开始以0.5rad ·s -2的匀角加速转动,则飞轮边缘 上一点在飞轮转过240?时的切向加速度a τ= ,法向加速度

a n= 。 [答案:0.15; 1.256] (2) 如题3.2(2)图所示,一匀质木球固结在一细棒下端,且可绕水平光滑固定轴O转动,今有一子弹沿着与水平面成一角度的方向击中木球而嵌于其中,则在此击中过程中,木球、子弹、细棒系统的守恒,原因是。木球被击中后棒和球升高的过程中,对木球、子弹、细棒、地球系统的守恒。 题3.2(2)图 [答案:对o轴的角动量守恒,因为在子弹击中木球过程中系统所受外力对o 轴的合外力矩为零,机械能守恒] (3) 两个质量分布均匀的圆盘A和B的密度分别为ρA和ρB (ρA>ρB),且两圆盘的总质量和厚度均相同。设两圆盘对通过盘心且垂直于盘面的轴的转动惯量分别为J A 和J B,则有J A J B 。(填>、<或=) [答案: <] 3.3刚体平动的特点是什么?平动时刚体上的质元是否可以作曲线运动? 解:刚体平动的特点是:在运动过程中,内部任意两质元间的连线在各个时刻的位置都和初始时刻的位置保持平行。平动时刚体上的质元可以作曲线运动。 3.4刚体定轴转动的特点是什么?刚体定轴转动时各质元的角速度、线速度、向心加速度、切向加速度是否相同? 解:刚体定轴转动的特点是:轴上所有各点都保持不动,轴外所有各点都在作圆周运动,且在同一时间间隔内转过的角度都一样;刚体上各质元的角量相同,而各质元的线量大小与质元到转轴的距离成正比。因此各质元的角速度相同,而线速度、向心加速度、切向加速度不一定相同。 3.5刚体的转动惯量与哪些因素有关?请举例说明。 解:刚体的转动惯量与刚体的质量、质量的分布、转轴的位置等有关。如对过圆心且与盘面垂直的轴的转动惯量而言,形状大小完全相同的木质圆盘和铁质圆盘中铁质的要大一些,质量相同的木质圆盘和木质圆环则是木质圆环的转动惯量要大。

大学物理学第三版

第三版物理 1.8 一质点在xOy 平面上运动,运动方程为 x =3t +5, y =21 t 2+3t -4. 式中t 以 s 计,x ,y 以m 计.(1)以时间t 为变量,写出质点位置矢量的表示式;(2)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;(3)计算t =0 s 时刻到t =4s 时刻内的平均速度;(4)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) 1.10 已知一质点作直线运动,其加速度为 a =4+3t 2s m -?,开始运动时,x =5 m v =0,求该质点在t =10s 时的速度和位置. 2.7 一细绳跨过一定滑轮,绳的一边悬有一质量为1m 的物体,另一边穿在质量为2m 的圆柱体的竖直细孔中,圆柱可沿绳子滑动.今看到绳子从圆柱细孔中加速上升,柱体相对于绳子以匀加速度a '下滑,求1m ,2m 相对于地面的加速度、绳的张力及柱体与绳子间的摩擦力(绳轻且不可伸长,滑轮的质量及轮与轴间的摩擦不计). 2.9 质量为16 kg 的质点在xOy 平面内运动,受一恒力作用,力的分量为x f =6 N ,y f =-7 N ,当t =0时,==y x 0,x v =-2 m ·s -1,y v =0.求 当t =2 s 时质点的 (1)位矢;(2)速度

. 学习帮 2.15 一颗子弹由枪口射出时速率为1 0s m -?v ,当子弹在枪筒内被加速 时,它所受的合力为 F =(bt a -)N(b a ,为常数),其中t 以秒为单 位:(1)假设子弹运行到枪口处合力刚好为零,试计算子弹走完枪筒全 长所需时间;(2)求子弹所受的冲量.(3)求子弹的质量. 2.17 设N 67j i F -=合 .(1) 当一质点从原点运动到m 1643k j i r ++-=时,求F 所作的功.(2)如果质点到r 处时需0.6s , 试求平均功率.(3)如果质点的质量为1kg ,试求动能的变化. 2.23 质量为M 的大木块具有半径为R 的四分之一弧形槽,如题2.23 图所示.质量为m 的小立方体从曲面的顶端滑下,大木块放在光滑水 平面上,二者都作无摩擦的运动,而且都从静止开始,求小木块脱离 大木块时的速度. 5.7 质量为kg 10103-?的小球与轻弹簧组成的系统,按 )SI ()3 28cos(1.0ππ+=x 的规律作谐振动,求: (1)振动的周期、振幅和初位相及速度与加速度的最大值; (2)最大的回复力、振动能量、平均动能和平均势能,在哪些位置上动 能与势能相等? (3)s 52=t 与s 11=t 两个时刻的位相差; 6.8 已知波源在原点的一列平面简谐波,波动方程为 y =A cos(Cx Bt -),其中A ,B ,C 为正值恒量.求: (1)波的振幅、波速、频率、周期与波长; (2)写出传播方向上距离波源为l 处一点的振动方程; (3)任一时刻,在波的传播方向上相距为d 的两点的位相差. 6.9 沿绳子传播的平面简谐波的波动方程为

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

大学物理学第三版修订版下册第章标准答案(赵近芳)

大学物理学第三版修订版下册第章答案(赵近芳)

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习题11 11.1选择题 (1)一圆形线圈在磁场中作下列运动时,那些情况会产生感应电流() (A )沿垂直磁场方向平移;(B )以直径为轴转动,轴跟磁场垂直; (C )沿平行磁场方向平移;(D )以直径为轴转动,轴跟磁场平行。 [答案:B] (2)下列哪些矢量场为保守力场() (A ) 静电场;(B )稳恒磁场;(C )感生电场;(D )变化的磁场。 [答案:A] (3) 用线圈的自感系数 L 来表示载流线圈磁场能量的公式22 1LI W m =() ( A )只适用于无限长密绕线管; ( B ) 只适用于一个匝数很多,且密绕的螺线环; ( C ) 只适用于单匝圆线圈; ( D )适用于自感系数L 一定的任意线圈。 [答案:D] (4)对于涡旋电场,下列说法不正确的是(): (A )涡旋电场对电荷有作用力; (B )涡旋电场由变化的磁场产生; (C )涡旋场由电荷激发; (D )涡旋电场的电力线闭合的。 [答案:C] 11.2 填空题 (1)将金属圆环从磁极间沿与磁感应强度垂直的方向抽出时,圆环将受到 。 [答案:磁力] (2)产生动生电动势的非静电场力是 ,产生感生电动势的非静电场力是 ,激发感生电场的场源是 。 [答案:洛伦兹力,涡旋电场力,变化的磁场] (3)长为l 的金属直导线在垂直于均匀的平面内以角速度ω转动,如果转轴的位置在 ,这个导线上的电动势最大,数值为 ;如果转轴的位置在 ,整个导线上的电动势最小,数值为 。 [答案:端点,2 2 1l B ω;中点,0] 11.3一半径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 r d d =80cm ·s -1 收缩时,求回路中感应电动势的大小. 解: 回路磁通 2 πr B BS m ==Φ

大学物理学第三版下册课后答案

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 =

大学物理学第三版课后习题答案

1-4 在离水面高h 米的岸上,有人用绳子拉船靠岸,船在离岸S 处,如题1-4图所示.当人以 0v (m ·1-s )的速率收绳时,试求船运动的速度和加速度的大小. 图1-4 解: 设人到船之间绳的长度为l ,此时绳与水面成θ角,由图可知 2 22s h l += 将上式对时间t 求导,得 t s s t l l d d 2d d 2= 题1-4图 根据速度的定义,并注意到l ,s 是随t 减少的, ∴ t s v v t l v d d ,d d 0-==- =船绳 即 θ cos d d d d 00v v s l t l s l t s v ==-=- =船 或 s v s h s lv v 0 2/1220)(+==船 将船v 再对t 求导,即得船的加速度 1-6 已知一质点作直线运动,其加速度为 a =4+3t 2 s m -?,开始运动时,x =5 m ,v

=0,求该质点在t =10s 时的速度和位置. 解:∵ t t v a 34d d +== 分离变量,得 t t v d )34(d += 积分,得 12 2 34c t t v ++ = 由题知,0=t ,00=v ,∴01=c 故 22 34t t v + = 又因为 22 34d d t t t x v +== 分离变量, t t t x d )2 34(d 2 + = 积分得 23 2 2 12c t t x ++ = 由题知 0=t ,50=x ,∴52=c 故 52 123 2 ++ =t t x 所以s 10=t 时 m 7055102 1 102s m 190102 3 10432101210=+?+?=?=?+ ?=-x v 1-10 以初速度0v =201 s m -?抛出一小球,抛出方向与水平面成幔 60°的夹角, 求:(1)球轨道最高点的曲率半径1R ;(2)落地处的曲率半径2R .

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