大学物理习题集答案7-8
大学物理习题答案解析第七章
第七章 恒定磁场7 －1 两根长度相同的细导线分别多层密绕在半径为R 和r 的两个长直圆筒上形成两个螺线管，两个螺线管的长度相同，R ＝2r ，螺线管通过的电流相同为I ，螺线管中的磁感强度大小B R 、B r 满足（ ） （A ） （B ） （C ） （D ）分析与解 在两根通过电流相同的螺线管中，磁感强度大小与螺线管线圈单位长度的匝数成正比．根据题意，用两根长度相同的细导线绕成的线圈单位长度的匝数之比因而正确答案为（C ）。
7 －2 一个半径为r 的半球面如图放在均匀磁场中，通过半球面的磁通量 为（ ）（A ） （B ） （C ） （D ）分析与解 作半径为r 的圆S ′与半球面构成一闭合曲面，根据磁场的高斯定理，磁感线是闭合曲线，闭合曲面的磁通量为零，即穿进半球面S 的磁通量等于穿出圆面S ′的磁通量；．因而正确答案为（D ）． 7 －3 下列说法正确的是（ ）（A ） 闭合回路上各点磁感强度都为零时，回路内一定没有电流穿过 （B ） 闭合回路上各点磁感强度都为零时，回路内穿过电流的代数和必定为零 （C ） 磁感强度沿闭合回路的积分为零时，回路上各点的磁感强度必定为零（D ） 磁感强度沿闭合回路的积分不为零时，回路上任意一点的磁感强度都不可能为零分析与解 由磁场中的安培环路定律，磁感强度沿闭合回路的积分为零时，回路上各点的磁感强度不一定为零；闭合回路上各点磁感强度为零时，穿过回路的电流代数和必定为零。
因而正确答案为（B ）．7 －4 在图（ａ）和（ｂ）中各有一半径相同的圆形回路L1 、L2 ，圆周内有电流I1 、I2 ，其分布相同，且均在真空中，但在（ｂ）图中L2 回路外有电流I3 ，P 1 、P 2 为两圆形回路上的对应点，则（ ）r R B B 2=r R B B =r R B B =2r R B B 4=21==R r n n r R B r 2π2B r 2παB r cos π22αB r cos π2S B ⋅=m Φ（A ） ，（B ） ，（C ） ，（D ） ，分析与解 由磁场中的安培环路定律，积分回路外的电流不会影响磁感强度沿回路的积分；但同样会改变回路上各点的磁场分布．因而正确答案为（C ）．*7 －5 半径为R 的圆柱形无限长载流直导体置于均匀无限大磁介质之中，若导体中流过的恒定电流为I ，磁介质的相对磁导率为μｒ （μｒ＜1），则磁介质内的磁化强度为（ ） （A ）（B ） （C ） （D ）分析与解 利用安培环路定理可先求出磁介质中的磁场强度，再由M ＝（μｒ－1）H 求得磁介质内的磁化强度，因而正确答案为（B ）．7 －6 北京正负电子对撞机的储存环是周长为240 m 的近似圆形轨道，当环中电子流强度为8 mA 时，在整个环中有多少电子在运行？ 已知电子的速率接近光速。
7大学物理习题及综合练习答案详解
7大学物理习题及综合练习答案详解-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN库仑定律7-1 把总电荷电量为Q 的同一种电荷分成两部分，一部分均匀分布在地球上，另一部分均匀分布在月球上，使它们之间的库仑力正好抵消万有引力，已知地球的质量M ＝5.98l024kg ，月球的质量m =7.34l022kg 。
（1）求 Q 的最小值；（2）如果电荷分配与质量成正比，求Q 的值。
解：（1）设Q 分成q 1、q 2两部分，根据题意有 2221rMmG r q q k=，其中041πε=k 即 2221q k q GMm q q Q +=+=。
求极值，令0'=Q ，得 0122=-kq GMmC 1069.5132⨯==∴k GMm q ，C 1069.51321⨯==k q GMm q ，C 1014.11421⨯=+=q q Q （2）21q m q M =，k GMm q q =21 kGMm m q mq Mq ==∴2122 解得C 1032.61222⨯==kGm q ， C 1015.51421⨯==m Mq q ，C 1021.51421⨯=+=∴q q Q 7-2 三个电量为 –q 的点电荷各放在边长为 l 的等边三角形的三个顶点上，电荷Q （Q ＞0）放在三角形的重心上。
为使每个负电荷受力为零，Q 值应为多大？解：Q 到顶点的距离为 l r 33=，Q 与-q 的相互吸引力为 20141rqQ F πε=， 两个-q 间的相互排斥力为 220241l q F πε=据题意有 10230cos 2F F =，即 2022041300cos 412rqQl q πεπε=⨯，解得：q Q 33= 电场强度7-3 如图7-3所示，有一长l 的带电细杆。
（1）电荷均匀分布，线密度为+λ，则杆上距原点x 处的线元d x 对P 点的点电荷q 0 的电场力为何？q 0受的总电场力为何（2）若电荷线密度λ=kx ，k 为正常数，求P 点的电场强度。
大学物理_第五版答案(7-8)
第七章 恒定磁场7 －1 两根长度相同的细导线分别多层密绕在半径为R 和r 的两个长直圆筒上形成两个螺线管，两个螺线管的长度相同，R ＝2r ，螺线管通过的电流相同为I ，螺线管中的磁感强度大小B R 、B r 满足（ ）（A ） r R B B 2= （B ） r R B B = （C ） r R B B =2 （D ）r R B B 4= 分析与解 在两根通过电流相同的螺线管中，磁感强度大小与螺线管线圈单位长度的匝数成正比．根据题意，用两根长度相同的细导线绕成的线圈单位长度的匝数之比21==R r n n r R 因而正确答案为（C ）。
7 －2 一个半径为r 的半球面如图放在均匀磁场中，通过半球面的磁通量 为（ ）（A ）B r 2π2 （B ） B r 2π（C ）αB r cos π22 （D ） αB r cos π2分析与解 作半径为r 的圆S ′与半球面构成一闭合曲面，根据磁场的高斯定理，磁感线是闭合曲线，闭合曲面的磁通量为零，即穿进半球面S 的磁通量等于穿出圆面S ′的磁通量；S B ⋅=m Φ．因而正确答案为（D ）． 7 －3 下列说法正确的是（ ）（A ） 闭合回路上各点磁感强度都为零时，回路内一定没有电流穿过（B ） 闭合回路上各点磁感强度都为零时，回路内穿过电流的代数和必定为零（C ） 磁感强度沿闭合回路的积分为零时，回路上各点的磁感强度必定为零（D ） 磁感强度沿闭合回路的积分不为零时，回路上任意一点的磁感强度都不可能为零分析与解 由磁场中的安培环路定律，磁感强度沿闭合回路的积分为零时，回路上各点的磁感强度不一定为零；闭合回路上各点磁感强度为零时，穿过回路的电流代数和必定为零。
因而正确答案为（B ）．7 －4 在图（ａ）和（ｂ）中各有一半径相同的圆形回路L1 、L2 ，圆周内有电流I1 、I2 ，其分布相同，且均在真空中，但在（ｂ）图中L2 回路外有电流I3 ，P 1 、P 2 为两圆形回路上的对应点，则（ ）（A ） ⎰⎰⋅=⋅21L L d d l B l B ，21P P B B = （B ） ⎰⎰⋅≠⋅21L L d d l B l B ，21P P B B = （C ） ⎰⎰⋅=⋅21L L d d l B l B ，21P P B B ≠ （D ） ⎰⎰⋅≠⋅21L L d d l B l B ，21P P B B ≠分析与解 由磁场中的安培环路定律，积分回路外的电流不会影响磁感强度沿回路的积分；但同样会改变回路上各点的磁场分布．因而正确答案为（C ）． *7 －5 半径为R 的圆柱形无限长载流直导体置于均匀无限大磁介质之中，若导体中流过的恒定电流为I ，磁介质的相对磁导率为μｒ （μｒ＜1），则磁介质内的磁化强度为（ ）（A ）()r I μr π2/1-- （B ） ()r I μr π2/1-（C ） r I μr π2/- （D ） r μI r π2/分析与解 利用安培环路定理可先求出磁介质中的磁场强度，再由M ＝（μｒ－1）H 求得磁介质内的磁化强度，因而正确答案为（B ）． 7 －6 北京正负电子对撞机的储存环是周长为240 m 的近似圆形轨道，当环中电子流强度为8 mA 时，在整个环中有多少电子在运行？ 已知电子的速率接近光速。
(完整版)大学物理学(课后答案)第7章
第七章课后习题解答、选择题7-1处于平衡状态的一瓶氦气和一瓶氮气的分子数密度相同，分子的平均平动动能也相同，则它们[](A)温度，压强均不相同(B)温度相同，但氦气压强大于氮气的压强(C)温度，压强都相同(D)温度相同，但氦气压强小于氮气的压强3分析：理想气体分子的平均平动动能 \ - kT，仅与温度有关，因此当氦气和氮气的平均平动动能相同时，温度也相同。
又由理想气体的压强公式p nkT ,当两者分子数密度相同时，它们压强也相同。
故选( C)。
7-2理想气体处于平衡状态，设温度为T，气体分子的自由度为i，则每个气体分子所具有的[](A)动能为-kT (B)动能为丄RT2 2(C)平均动能为-kT (D)平均平动动能为-RT2 23分析：由理想气体分子的的平均平动动能 \ 3kT和理想气体分子的的平均动能2-丄kT，故选择(C)。
27-3三个容器A、B、C中装有同种理想气体，其分子数密度n相同，而方均根1/2 1/2 1/2速率之比为v A : v B : v C 1:2:4，则其压强之比为P A：P B：P c[](A) 1:2:4 (B) 1:4:8 (C) 1:4:16 (D) 4:2:1分析：由分子方均根速率公式厂2，又由物态方程p nkT，所以当三容器中得分子数密度相同时，得p1: P2: P3 T1 :T2 :T3 1: 4:16。
故选择(C)。
7-4图7-4中两条曲线分别表示在相同温度下氧气和氢气分子的速率分布曲线。
如果V p O和V p H分别表示氧气和氢气的最概然速率，则[] O 2 H 2(A)图中a表示氧气分子的速率分布曲线且V p O/ V p H4质量M H 2 M O 2，可知氢气的最概然速率大于氧气的最概然速率，故曲线 M 1 ( ) i于氧分子的速率分布曲线。
又因16，所以盘4。
故选择(B )。
f(v)习题7-4图7-5在一个体积不变的容器中，储有一定量的某种理想气体，温度为T 。
大学物理第七章习题及答案
第七章 振动学基础一、填空1．简谐振动的运动学方程是 。
简谐振动系统的机械能是 。
2．简谐振动的角频率由 决定，而振幅和初相位由 决定。
3.达到稳定时，受迫振动的频率等于 ，发生共振的条件 。
4．质量为10-2㎏的小球与轻质弹簧组成的系统，按20.1cos(8)3x t ππ=-+的规律做运动，式中t 以s 为单位，x 以m 为单位，则振动周期为 初相位 速度最大值 。
5．物体的简谐运动的方程为s ()x A in t ωα=-+，则其周期为 ，初相位 6．一质点同时参与同方向的简谐振动，它们的振动方程分别为10.1cos()4x t πω=+，20.1cos()4x t πω=-，其合振动的振幅为 ，初相位为 。
7．一质点同时参与两个同方向的简谐振动，它们的振动方程分别为)4cos(06.01πω+=t x ，250.05cos()4x t πω=+，其合振动的振幅为 ，初相位为 。
8．相互垂直的同频率简谐振动，当两分振动相位差为0或π时，质点的轨迹是 当相位差为2π或32π时，质点轨迹是 。
二、简答1．简述弹簧振子模型的理想化条件。
2．简述什么是简谐振动，阻尼振动和受迫振动。
3．用矢量图示法表示振动0.02cos(10)6x t π=+,(各量均采用国际单位).三、计算题7.1 质量为10×10-3㎏的小球与轻质弹簧组成的系统，按X=0.1cos （8πt+2π/3）的规律做运动，式中t 以s 为单位，x 以m 为单位，试求： （1）振动的圆频率，周期，初相位及速度与加速度的最大值； （2）最大恢复力，振动能量；（3）t=1s ，2s ，5s ，10s 等时刻的相位是多少？（4）画出振动的旋转矢量图，并在图中指明t=1s ，2s ，5s ，10s 等时刻矢量的位置。
7.2 一个沿着X 轴做简谐振动的弹簧振子，振幅为A ，周期为T ，其振动方程用余弦函数表示，如果在t=0时刻，质点的状态分别为： （1）X 0=-A ；（2）过平衡位置向正向运动； （3）过X=A/2处向负向运动； （4）过X=2A 处向正向运动。
(完整版)大学物理学(课后答案)第7章
第七章课后习题解答一、选择题7-1 处于平衡状态的一瓶氦气和一瓶氮气的分子数密度相同，分子的平均平动动能也相同，则它们[ ](A) 温度，压强均不相同 (B) 温度相同，但氦气压强大于氮气的压强 (C) 温度，压强都相同 (D) 温度相同，但氦气压强小于氮气的压强分析：理想气体分子的平均平动动能32k kT ε=，仅与温度有关，因此当氦气和氮气的平均平动动能相同时，温度也相同。
又由理想气体的压强公式p nkT =，当两者分子数密度相同时，它们压强也相同。
故选（C ）。
7-2 理想气体处于平衡状态，设温度为T ，气体分子的自由度为i ，则每个气体分子所具有的[ ](A) 动能为2i kT (B) 动能为2iRT(C) 平均动能为2i kT (D) 平均平动动能为2iRT分析：由理想气体分子的的平均平动动能32k kT ε=和理想气体分子的的平均动能2ikT ε=，故选择（C ）。
7-3 三个容器A 、B 、C 中装有同种理想气体，其分子数密度n 相同，而方均根速率之比为()()()1/21/21/222::2A B Cv v v =1:2:4，则其压强之比为A B C p :p :p[ ](A) 1:2:4 (B) 1:4:8 (C) 1:4:16 (D) 4:2:1=，又由物态方程p nkT =，所以当三容器中得分子数密度相同时，得123123::::1:4:16p p p T T T ==。
故选择（C ）。
7-4 图7-4中两条曲线分别表示在相同温度下氧气和氢气分子的速率分布曲线。
如果()2p O v 和()2p H v 分别表示氧气和氢气的最概然速率，则[ ](A) 图中a 表示氧气分子的速率分布曲线且()()22p p O H /4v v =(B) 图中a 表示氧气分子的速率分布曲线且()()22p p O H /1/4v v =(C) 图中b 表示氧气分子的速率分布曲线且()()22p p O H /1/4v v =(D) 图中b 表示氧气分子的速率分布曲线且()()22p p O H /4v v =分析：在温度相同的情况下，由最概然速率公式p ν=质量22H O M M <，可知氢气的最概然速率大于氧气的最概然速率，故曲线a 对应于氧分子的速率分布曲线。
大学物理课后答案_第七八章
方向垂直纸面向里。 同理，第二段圆弧在 O 点所产生的磁感应强度为
B2 = ∫
方向垂直纸面向外。
l2
0
µ0 I 2dl µ0 I 2l2 = 4π R 2 4π R 2
2
铁环在 O 点所产生总磁感应强度为
B = B1 − B2 =
7-5
µ0 I1l1 µ0 I2 l2 − =0 4π R 2 4π R 2
dB =
µ0 Idl 4π R 2
方向垂直纸面向内，1/4 圆弧电流在 O 点产生的磁感应强度为
B=∫
πR 2 0
µ0 Idl µ0 I π R µ0 I = = 4π R 2 4π R 2 2 8R
方向垂直纸面向里。 7.2 如图 7.7 所示，有一被折成直角的无限长直导线有 20A 电流，P 点在折线的延长线上， 设 a 为，试求 P 点磁感应强度。 解 P 点的磁感应强度可看作由两段载流直导线 AB 和 BC 所产生的磁场叠加而成。 AB 段 在 P 点所产生的磁感应强度为零，BC 段在 P 点所产生的磁感应强度为
2 2 I (r 2 − R22 ) I ( R3 − r ) µ0 I R32 − r 2 I′ = I − 2 = , B = R3 − R22 R32 − R22 2π r R32 − R22
I ′ = 0, B = 0
7-9 一根很长的同轴电缆，由一导线圆柱（半径为 a）和一同轴的导线圆管（内、外半径分 别为 b、c）构成。使用时，电流 I 从一导体流出，从另一导体流回。设电流都是均匀分布在 导体的横截面上， 求： （1） 导体圆柱内 （r<a） ； （2） 两导体之间 （a<r<b） ;(3)导体圆管内 （b<r<c） ; (4)电缆外（r>c）各点处磁感应强度的大小。 解 如图 7.13 所示，由电流分布具有轴对称性可知，相应的磁场分布也具有轴对称性。根 据安培环路定理有
大学物理(科学出版社,熊天信、蒋德琼、冯一兵、李敏惠)第七、八章习题解
第七章 气体动理论7–1 一定量的理想气体，在保持温度T 不变的情况下，使压强由P 1增大到P 2，则单位体积内分子数的增量为_________________。
解：由nkT P =，可得单位体积内分子数的增量为kTP P kT P n 12-=∆=∆ 7–2 一个具有活塞的圆柱形容器中贮有一定量的理想气体，压强为P ，温度为T ，若将活塞压缩并加热气体，使气体的体积减少一半，温度升高到2T ，则气体压强增量为_______，分子平均平动动能增量为_________。
解：设经加热和压缩后气体的压强为P '，则有TV P T PV 22/⨯'=所以P P 4='压强增量为P P P P 3=-'=∆由分子平均平动动能的计算公式kT 23=ε知分子平均平动动能增量为kT 23。
7–3 从分子动理论导出的压强公式来看，气体作用在器壁上的压强，决定于 和 。
解：由理解气体的压强公式k 32εn P =，可知答案应填“单位体积内的分子数n ”，“分子的平均平动动能k ε”。
7–4 气体分子在温度T 时每一个自由度上的平均能量为 ；一个气体分子在温度T 时的平均平动动能为 ；温度T 时，自由度为i 的一个气体分子的平均总动能为 ；温度T 时，m /M 摩尔理想气体的内能为 。
解：kT 21；kT 23；kT i2；RT i M m 27–5 图7-1所示曲线为处于同一温度T 时氦（原子量4）、氖（原子量20）和氩（原子量40）三种气体分子的速率分布曲线，其中曲线（a ）是__________气分子的速率分布曲线； 曲线（c ）是__________气分子的速率分布曲线。
解：在相同温度下，对不同种类的气体，分子质量大的，速率分布曲线中的最慨然速率p v 向量值减小方向迁移。
可得图7-1中曲线（a ）是氩气分子的速率分布曲线，图7-1中曲线（c ）是氦气分子的速率分布曲线。
7–6 声波在理想气体中传播的速率正比于气体分子的方均根速率。
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一、选择题
1. 在磁感应强度为B
的均匀磁场中作一半径为r 的半球面S ，
S 边线所在平面的法线方向单位矢量n
与B 的夹角为α，则
通过半球面S 的磁通量为（选如图法线方向为正向） [ D ] (A)
B r 2
π；
(B) B r 2
2π；
(C) απsin 2B r - ； (D) απcos 2B r -。
2. 均匀磁场的磁感强度B
垂直于半径为r 的圆面，现以该圆周为边线，作一半球面S ，则
通过半球面S 的磁通量的大小为 [ B ] (A) B r 22π；
(B)
B r 2π；
(C) 0 ； (D) 无法确定
二、填空题
1.半径为R 的无限长圆筒形螺线管,在内部产生的是均匀磁场,方向沿轴线,与I 成右手螺旋;大小为μ0nI ,其中n 为单位长度上的线圈匝数,则通过螺线管横截面磁通量的大小为
20R nI πμ .
2．穿过任一闭合曲面的总磁通量必然为 0 .
三、计算题
1. 已知均匀磁场，其磁感应强度2
m wb 0.2-⋅=B ，方向沿x 轴方向，如图所示，试求：
(1) 通过图中abOc 面的磁通量；
(2) 通过图中bedO 面的磁通量； (3) 通过图中bedO 面的磁通量。
解：（1）通过abOc 面的磁通量 Wb 24.04.03.0211=⨯⨯==ΦBS
（2）通过bedO 面的磁通量02=Φ （3）通过bedO 面的磁通量
Wb 24.05
.04
.05.03.02cos 23=⨯
⨯⨯==ΦαBS
2.在无限长直载流导线的右侧有面积为S 1（长a 宽b ）和S 2（长2a 宽b ）的两个矩形回路, 回路旋转方向如图所示, 两个回路与长直载流导线在同一平面内, 且矩形回路的一边与长直载流导线平行. 求通过两矩形回路的磁通量及通过S 1回路的磁通量与通过S 2回路的磁通量之比.
解：距离导线x 出的磁场强度为，x
I
B πμ20=
对S 1 磁通量，dS B d ⋅=1φ
即，bdx x I
d ⨯=
πμφ201 所以，2ln 201πμφIb
=
同理，2ln 202π
μφIb
=
所以，通过S 1回路的磁通量与通过S 2回路的磁通量之比
1
111=φφ 说明：字母为黑体者表示矢量
一、选择题
1.如图8.1所示,有两根无限长直载流导线平行放置,电流分别为I 1和I 2, L 是空间一闭曲线,I 1在L 内,I 2在L 外,P 是L 上的一点,今将I 2 在L 外向I 1移近时,则有 [ C ] (A)
l B d ⋅⎰L
与B P
同时改变. (B) l B d ⋅⎰L
与B P
都不改变. (C) l B d ⋅⎰L
不变,B P
改变.
(D)
l B d ⋅⎰L
改变,B
P 不变.
2.对于某一回路l ，积分l B d ⋅⎰
l
等于零，则可以断定
[ D ] (A) 回路l 内一定有电流. (B) 回路l 内可能有电流.
(C) 回路l 内一定无电流. (D) 回路l 内可能有电流，但代数和为零.
3. 如图8.2所示，两根直导线ab 和cd 沿半径方向被接到一个
截面处处相等的铁环上，稳恒电流I 从a 端流入而从d 端流出，
则磁感应强度B 沿图中闭合路径L 的积分l B d ⋅⎰
l
等于
[ D ] (A) I u 0
(B) I u 031
(C)
I u 04
1
(D) I u 03
2
4. 用相同细导线分别均匀密绕成两个单位长度匝数相等的半径
为R 和r 的长直螺线管(R =2r )，螺线管长度远大于半径.今让两螺线管载有电流均为I ，则两螺线管中的磁感强度大小B R 和B r 应满足：
[ B ] (A) B R = 2B r . (B) B R = B
r . (C)
2B R = B r . (D) B R = 4B r .
I 图8.1
二、填空题
1.在安培环路定理中i L
I ∑=⋅⎰
0 d μl B , 其中∑I i 是指 闭合曲
线所环绕的电流的代数和 ; B 是由 空间所有 的电流产生的.
2. 两根长直导线通有电流I ,图8.3所示有三种环路,
对于环路a ,
=⋅⎰a
L l B d I 0
μ ;
对于环路b , =⋅⎰b
L l B d 0 。
三、计算题
1. 半径为R 的导体圆柱体，沿轴向流有电流I ，截面上电流均匀分布。
求柱体内外磁场分布。
解： 由安培环路定理00I dl B μ=⋅⎰
得到，当R r <
22
02R
r r B μπ=⨯ 所以，202R Ir B πμ=
当， R r ≥， 得到， r
I B πμ20=
2．如图8.4所示，一截面为长方形的闭合绕线环，通有电流I=1.7A ，总匝数N=1000匝，外直径与内直径之比为η=1.6，高h=5.0cm 。
求：（1）绕线环内的磁感应强度分布;(2)通过截面的磁通量.
（1） 如图示，过P 点作一半径为r 的圆形回路，
圆心为O ，由安培环路定律可得 r
NI
B NI u r B πμπ2,
200=
= 故绕线环内磁感强度B 的大小与径向距离r
（2）通过矩形载面的磁通量为
⎰⎰⎰==⋅=Φ=Φ1
200ln 2d 2d d 21r r
h NI r h r NI S B r r πμπμ
Wb
1086
.1ln 1057.11000102ln 26270---⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯==
ηπ
μNIh
图8.3。