河北科技大学大学物理答案11章
河北科技大学大学物理答案11章-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN习 题11-1 面积很大的导体平板A 与均匀带电平面B 平行放置，如习题11-1图所示。
已知A 与B 相距d ，两者相对的部分的面积为S 。
(1)设B 面带电量为q ，A 板的面电荷密度为1及2，求A 板与B 面之电势差。
(2)若A 板带电量为Q ，求1及2。
(1)d S q U 0212/εσσ-+=；（2）S q Q 21+=σ，SqQ 22-=σ习题11-1图习题11-2图习题11-3图11-2 如习题11-2图所示，有三块互相平行的导体板，外面的两块用导线连接，原来不带电。
中间一块上所带总面电荷密度为521310.C m 。
求每块板的两个表面的面电荷密度各是多少 （忽略边缘效应。
）解：从上到下6个面一次为面1、2、3、4、5、6.261σσσ==，8323σσσ=-=，8554σσσ=-= 11-3 如习题11-3图所示，半径为1R 的导体球带有电荷q ，球外有一个内、外半径为2R 、3R 的同心导体球壳，壳上带有电荷Q 。
求：(1)两球的电势1及2；(2)两球的电势差；(3)用导线把球和壳连接在一起后，1，2及分别为多少(4)在情形(1)、(2)中，若外球接地，1，2和为多少(5)设外球离地面很远，若内球接地，情况如何解：（1）3024R Q q πεϕ+=，2010301444R qR q R Q q πεπεπεϕ-++=；(2)两球的电势差201044R q R q U πεπε-=；(3) 30214R Qq πεϕϕ+==，0=U ；(4) 02=ϕ，2010144R q R q πεπεϕ-=(5)内球带电量为3213111/R R R R Q q +--='，01=ϕ，1020244R q R q πεπεϕ'-'=11-4 如习题11-4图所示，一半径为a 的非导体球，放于内半径为b ，外半径为c 的导体球壳的中心。
电荷Q 均匀分布于内球(电荷密度为)，外球壳带电Q 。
求(1)空间电场分布；(2)问球壳的内、外表面各出现多少电荷？解：(1) a r <，r a Q E 304πε=；a r b >>，204r Q E πε=；b r c >>，0=E ；c r >，0=E ；(2) 球壳的内表面电量Q q -=，外表面电量Q q 2-='。
习题11-4图习题11-5图11-5 如习题11-5图所示，一球形导体A 含有两个球形空腔，这导体本身的总电荷为零，但在两空腔中心分别有一个点电荷b q 和c q ，导体球外距导体球很远的r 处有另一个点电荷d q ，如图所示。
试求b q ，c q 和d q 各受多大的力 哪个答案是近似的0==c b F F ，()204rq q q F dc bd πε+=，d F 是近似的。
11-6 半径为R 的金属球与地相连接，在与球心相距2dR 处有一点电荷0q，问球上的感应电荷q 有多大（设金属球距地面及其他物体很远）解：2/q q ='11-7 如习题11-7图所示，球形金属腔带电量为0Q Q，内半径为a ，外半径为b ，腔内距球心O 为r 处有一点电荷q ，求球心O 的电势。
解：aqr q b Q q 000444πεπεπεϕ-++=11-8半径为R 的导体球，带有电荷Q ，球外有一均匀电介质的同心球壳，球壳的内、外半径分别为a 和b ，相对介电常量为r ，如习题11-8图所示。
求：(1)各区域的电场强度E ，电位移矢量D 及电势V ，绘出E r ，D r 及V r 图线。
(2)介质内的电极化强度P 和介质表面上的极化电荷面密度。
解：(1) R r <，0=E ，0=D ，bQ bQ aQ aQ RQ r r 0000044444πεεπεεπεπεπεϕ+-+-=；R r a >>，204r QE πε=，24r QD π=，bQ bQ aQa QrQ r r 0000044444πεεπεεπεπεπεϕ+-+-=；a rb >>，24r QD π=，204r Q E r επε=，b Q b Q r Q r r 000444πεεπεεπεϕ+-=；b r >，204r Q E πε=，24r QD π=，r Q 04πεϕ=； (2) ()241r Q P r πε-=，介质内表面()241aQ r πεσ--='介质外表面()241b Q r πεσ-='习题11-7图习题11-8图习题11-9图11-9一块大的均匀电介质平板放在一电场强度为0E 的均匀电场中，电场方向与板的夹角为，如习题12-9图所示。
已知板的相对介电常数是r ，求板面的面束缚电荷密度。
解：设极化电荷面密度为σ'，退极化场j E 0εσ'-='， 介质中的电场j i E E E 0⎪⎪⎭⎫⎝⎛'-+=+'=000sin cos εσθθE E 极化强度⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛'-+==j i E P 00000sin cos εσθθεχεχE E e e极化电荷面密度⎪⎪⎭⎫⎝⎛'-==⋅='0000sin εσθεχεχσE e e E j P θεχχσsin 100E e e +='，1+=e r χε，θεεεσsin 10E r r -='y12-10 两共轴的导体圆筒，内筒半径为1R ，外筒的内半径为2212R R R ，其间有两层均匀介质，分界面的半径为r ，内层介电常量为1，外层介电常量为2212，两介质的击穿场强都是m E ，当电压升高时，哪层介质先击穿证明：两筒最大电势差为22112mm ln R rE rR 解： 介质1的场强r E '=102πελ，110max 12R E πελ=； 介质2的场强r E '=10πελ，110max 2R E πελ=； 由于12R r <，m ax 2E >max 1E ，因而介质2先击穿。
m E r E ==10max 2πελ，推出r E m 10πελ=，r r E E m '=21，r r E E m '=2 两筒最大电势差为rR R r E r R r E R r r E r r r E r r r E m m m R r mrR m m 12221ln21ln ln 21d d 221=+=''+''=⎰⎰ϕ 11-11 空气的介电强度为13kV mm ，问：空气中半径分别为10.cm 、10.mm 、01.mm 的长直导线上单位长度最多能带多少电荷？解： 导体表面场强RE 02πελ=，RE 02πελ=， C/m 107.161-⨯=λ，C/m 1017.062-⨯=λ，C/m 10017.063-⨯=λ 11-12 设在氢原子中，负电荷均匀分布在半径为10005310.m r 的球体内，总电量为e ，质子位于其中心。
求当外加电场61310V m E（实验室中很强的电场）时，负电荷的球心和质子相距多远由此产生的感应电偶极矩多大m 102.28-⨯=d ，m C 1052.327⋅⨯=-p11-13 如习题11-13图所示，一平板电容器，两极板相距d ，面积为S，电势差为，板间放有一层厚为t 的介质，其相对介电常量为r ，介质两边都是空气。
略去边缘效应，求：(1)介质中的电场强度E ，电位移矢量D 和极化强度P 的大小；(2)极板上的电量Q ；(3)极板和介质间隙中的场强大小；(4)电容。
解：(1)介质中的电场强度()t t d E r +-∆=εϕ，电位移矢量()tt d D r r +-∆=εϕεε0，极化强度()()tt d P r r +-∆-=εϕεε01;(2)极板上的电量()t t d S Q r r +-∆=εϕεε0；(3)极板和介质间隙中的场强大小()tt d E r r +-∆=εϕε;(4)电容()tt d SC r r +-=εεε011-14 球形电容器由半径1R 的导体球和与它同心的导体球壳组成，球壳的内半径为2R ，其间有两层均匀介质，分界面的半径为r ，相对介电常量分别为r1和r2，求电容C 。
122011011411141-⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=R r r R C επεεπε 11-15 一个长为l 的圆柱形电容器如习题11-15图所示，其中半径为0R 的部分是直导线，导线单位长度上带有自由电荷；外筒是导体，斜线部分习题11-13图是相对介电常量分别为r1和r2的两层均匀介质，忽略边缘效应。
求：（１） 介质内的D E 、及导线与圆筒间 的电势差V ；（２） 电容C 。
解：（１）介质内的r D πλ20=，介质1内的r E 0102επελ=，介质2内的rE 0202επελ=；导线与圆筒间1202001010ln 2ln 2R RR R V επελεπελ+=； （２） 电容11220110ln 1ln 12-⎪⎪⎭⎫⎝⎛+=R R R R l C εεπε11-16 如习题11-16图所示，由半径分别为15cm R 与210cm R 的两个很长的共轴金属圆柱面构成一个圆柱形电容器。
将它与一个直流电源相接。
今将电子射入电容器中，电子的速度沿其半径为12r R rR 的圆周的切线方向，其值为6310m s 。
欲使该电子在电容器中做圆周运动，问在电容器的两极之间应加多大的电压？319110e.kg m e， 191610.CV 5.352ln 2.51ln 122===R R e v m U e11-17 为了测量电介质材料的相对介电常数，将一块厚为15.cm 的平板材料慢慢地插进一电容器的距离为20.cm 的两平行板之间。
在插入过程中，电容器的电荷保持不变。
插入之后，两板间的电势差减小为原来的60%，求电介质的相对介电常量。
14.2=rε习题11-15图习题11-16图11-18 如习题11-18图所示，某计算机键盘的每一个键下面连有一小块金属片，它下面隔一定空气隙有另一块小的固定金属片。
这样两片金属片就组成一个小电容器。
当键被按下时，此小电容器的电容就发生变化，与之相连的电子线路就能检测出是哪个键被按下了，从而给出相应的信号。
设每个金属片的面积为2500.mm ，两金属片间的距离是0600.mm 。
如果电子线路能检测出的电容变化是025.pF ，那么键需要按下多大的距离才能给出必要的信号？0.152mm.11-19 一个平行板电容器的每个板面积是2002.mm ，两板相距050.mm ，放在一个金属盒子中，如习题11-19图所示。
大学物理答案第11章
第十一章恒定磁场11－1两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）.11－2一个半径为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）题11-2 图分析与解作半径为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）．11－3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）．11－4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 ，P1 、P2 为两圆形回路上的对应点，则（）（A），（B），（C），（D），题11-4 图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）．11－5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）．11－6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.分析一个电子绕存储环近似以光速运动时，对电流的贡献为，因而由，可解出环中的电子数.解通过分析结果可得环中的电子数11－7已知铜的摩尔质量M ＝63.75ｇ·mol－1，密度ρ＝8.9 g· cm－3 ，在铜导线里，假设每一个铜原子贡献出一个自由电子，（1）为了技术上的安全，铜线内最大电流密度，求此时铜线内电子的漂移速率v d；（2）在室温下电子热运动的平均速率是电子漂移速率v d的多少倍？分析一个铜原子的质量,其中N A为阿伏伽德罗常数，由铜的密度ρ可以推算出铜的原子数密度根据假设，每个铜原子贡献出一个自由电子，其电荷为e，电流密度．从而可解得电子的漂移速率v d．将电子气视为理想气体，根据气体动理论，电子热运动的平均速率其中k为玻耳兹曼常量，m e为电子质量．从而可解得电子的平均速率与漂移速率的关系．解（1）铜导线单位体积的原子数为电流密度为j m时铜线内电子的漂移速率（2）室温下（T＝300 Ｋ）电子热运动的平均速率与电子漂移速率之比为室温下电子热运动的平均速率远大于电子在恒定电场中的定向漂移速率．电子实际的运动是无规热运动和沿电场相反方向的漂移运动的叠加．考虑到电子的漂移速率很小，电信号的信息载体显然不会是定向漂移的电子．实验证明电信号是通过电磁波以光速传递的．11－8有两个同轴导体圆柱面，它们的长度均为20 m，内圆柱面的半径为3.0 mm，外圆柱面的半径为9.0 mm.若两圆柱面之间有10 μA电流沿径向流过，求通过半径为6.0 mm的圆柱面上的电流密度．题11-8 图分析如图所示是同轴柱面的横截面，电流密度j对中心轴对称分布．根据恒定电流的连续性，在两个同轴导体之间的任意一个半径为r的同轴圆柱面上流过的电流I 都相等，因此可得解由分析可知，在半径r＝6.0 mm的圆柱面上的电流密度11－9如图所示，已知地球北极地磁场磁感强度B的大小为6.0×10－5T．如设想此地磁场是由地球赤道上一圆电流所激发的，此电流有多大？流向如何？解设赤道电流为I，则由教材第11－4节例2 知，圆电流轴线上北极点的磁感强度因此赤道上的等效圆电流为由于在地球地磁场的Ｎ极在地理南极，根据右手螺旋法则可判断赤道圆电流应该是由东向西流，与地球自转方向相反．题 11-9 图11－10如图所示，有两根导线沿半径方向接触铁环的a、b两点，并与很远处的电源相接.求环心O的磁感强度．题11-10 图分析根据叠加原理，点O的磁感强度可视作由ef、b e、fa三段直线以及ac b、a d b两段圆弧电流共同激发．由于电源距环较远，．而b e、fa两段直线的延长线通过点O，由于，由毕奥－萨伐尔定律知．流过圆弧的电流I1、I2的方向如图所示，两圆弧在点O激发的磁场分别为,其中l1、l2分别是圆弧ac b、a d b的弧长，由于导线电阻R与弧长l成正比，而圆弧ac b、a d b 又构成并联电路，故有将叠加可得点O的磁感强度B．解由上述分析可知，点O的合磁感强度11－11如图所示，几种载流导线在平面内分布，电流均为I，它们在点O的磁感强度各为多少？题 11-11 图分析应用磁场叠加原理求解．将不同形状的载流导线分解成长直部分和圆弧部分，它们各自在点O处所激发的磁感强度较容易求得，则总的磁感强度.解（ａ）长直电流对点O而言，有，因此它在点O产生的磁场为零，则点O 处总的磁感强度为1/4 圆弧电流所激发，故有B0的方向垂直纸面向外．（ｂ）将载流导线看作圆电流和长直电流，由叠加原理可得B0的方向垂直纸面向里．（c）将载流导线看作1/2 圆电流和两段半无限长直电流，由叠加原理可得B0的方向垂直纸面向外．11－12载流导线形状如图所示（图中直线部分导线延伸到无穷远），求点O的磁感强度B．题11-12 图分析由教材11－4 节例题2的结果不难导出，圆弧载流导线在圆心激发的磁感强度，其中α为圆弧载流导线所张的圆心角，磁感强度的方向依照右手定则确定；半无限长载流导线在圆心点O激发的磁感强度，磁感强度的方向依照右手定则确定.点O的磁感强度可以视为由圆弧载流导线、半无限长载流导线等激发的磁场在空间点O的叠加.解根据磁场的叠加在图（ａ）中，在图（ｂ）中，在图（c）中，11－13如图(a)所示，载流长直导线的电流为I，试求通过矩形面积的磁通量．题11-13 图分析由于矩形平面上各点的磁感强度不同，故磁通量Φ≠BS．为此，可在矩形平面上取一矩形面元d S＝l d x，如图（ｂ）所示，载流长直导线的磁场穿过该面元的磁通量为矩形平面的总磁通量解由上述分析可得矩形平面的总磁通量11－14已知10 mm2裸铜线允许通过50 A电流而不会使导线过热．电流在导线横截面上均匀分布．求导线内、外磁感强度的分布.题11-14 图分析可将导线视作长直圆柱体，电流沿轴向均匀流过导体，故其磁场必然呈轴对称分布，即在与导线同轴的圆柱面上的各点，B大小相等、方向与电流成右手螺旋关系．为此，可利用安培环路定理，求出导线表面的磁感强度．解围绕轴线取同心圆为环路L，取其绕向与电流成右手螺旋关系，根据安培环路定理，有在导线内r＜R，，因而在导线外r＞R，，因而磁感强度分布曲线如图所示．11－15有一同轴电缆，其尺寸如图（ａ）所示．两导体中的电流均为I，但电流的流向相反，导体的磁性可不考虑．试计算以下各处的磁感强度：（1）r＜R1；（2）R1＜r＜R2；（3）R2＜r＜R3；（4）r＞R3．画出B－r图线．题11-15 图分析同轴电缆导体内的电流均匀分布，其磁场呈轴对称，取半径为r的同心圆为积分路径，，利用安培环路定理，可解得各区域的磁感强度．解由上述分析得r＜R1R1＜r＜R2R2＜r＜R3r＞R3磁感强度B（r）的分布曲线如图（ｂ）．11－16如图所示，N匝线圈均匀密绕在截面为长方形的中空骨架上．求通入电流I后，环内外磁场的分布．题11-16 图分析根据右手螺旋法则，螺线管内磁感强度的方向与螺线管中心轴线构成同心圆，若取半径为r的圆周为积分环路，由于磁感强度在每一环路上为常量，因而依照安培环路定理，可以解得螺线管内磁感强度的分布．解依照上述分析，有r＜R1R2＞r＞R1r＞R2在螺线管内磁感强度B 沿圆周，与电流成右手螺旋．若和R2，则环内的磁场可以近似视作均匀分布，设螺线环的平均半径，则环内的磁感强度近似为11－17电流I均匀地流过半径为R的圆形长直导线，试计算单位长度导线内的磁场通过图中所示剖面的磁通量．题11-17 图分析由题11－14 可得导线内部距轴线为r处的磁感强度在剖面上磁感强度分布不均匀，因此，需从磁通量的定义来求解．沿轴线方向在剖面上取面元ｄS＝lｄr，考虑到面元上各点B相同，故穿过面元的磁通量ｄΦ＝BｄS，通过积分，可得单位长度导线内的磁通量解由分析可得单位长度导线内的磁通量11－18已知地面上空某处地磁场的磁感强度，方向向北．若宇宙射线中有一速率的质子，垂直地通过该处．求：（1）洛伦兹力的方向；（2）洛伦兹力的大小，并与该质子受到的万有引力相比较．题11-18 图解（1）依照可知洛伦兹力的方向为的方向，如图所示．（2）因，质子所受的洛伦兹力在地球表面质子所受的万有引力因而，有，即质子所受的洛伦兹力远大于重力．11－19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．设血管直径为d＝2.0 mm，磁场为B＝0.080 T，毫伏表测出血管上下两端的电压为U H＝0.10 mV，血流的流速为多大？题11-19 图分析血流稳定时，有由上式可以解得血流的速度．解依照分析11－20带电粒子在过饱和液体中运动，会留下一串气泡显示出粒子运动的径迹．设在气泡室有一质子垂直于磁场飞过，留下一个半径为3.5cm的圆弧径迹，测得磁感强度为0.20 Ｔ，求此质子的动量和动能．解根据带电粒子回转半径与粒子运动速率的关系有11－21从太阳射来的速度为0.80×108m/ｓ的电子进入地球赤道上空高层范艾伦辐射带中，该处磁场为4.0 ×10－7Ｔ，此电子回转轨道半径为多大？若电子沿地球磁场的磁感线旋进到地磁北极附近，地磁北极附近磁场为2.0 ×10－5Ｔ，其轨道半径又为多少？解由带电粒子在磁场中运动的回转半径高层范艾伦辐射带中的回转半径地磁北极附近的回转半径11－22如图（ａ）所示，一根长直导线载有电流I1＝30 A，矩形回路载有电流I2＝20 A．试计算作用在回路上的合力．已知d＝1.0 cm，b＝8.0 cm，l＝0.12 m．题11-22图分析矩形上、下两段导线受安培力F1和F2的大小相等，方向相反，对不变形的矩形回路来说，两力的矢量和为零．而矩形的左右两段导线，由于载流导线所在处磁感强度不等，所受安培力F3和F4大小不同，且方向相反，因此线框所受的力为这两个力的合力．解由分析可知，线框所受总的安培力F为左、右两边安培力F3和F4之矢量和，如图（ｂ）所示，它们的大小分别为故合力的大小为合力的方向朝左，指向直导线．11－23一直流变电站将电压为500k V的直流电，通过两条截面不计的平行输电线输向远方．已知两输电导线间单位长度的电容为3.0×10－11F·m－1，若导线间的静电力与安培力正好抵消．求：（1）通过输电线的电流；（2）输送的功率．分析当平行输电线中的电流相反时，它们之间存在相互排斥的安培力，其大小可由安培定律确定．若两导线间距离为d，一导线在另一导线位置激发的磁感强度,导线单位长度所受安培力的大小．将这两条导线看作带等量异号电荷的导体，因两导线间单位长度电容C和电压U 已知，则单位长度导线所带电荷λ＝CU，一导线在另一导线位置所激发的电场强度，两导线间单位长度所受的静电吸引力．依照题意，导线间的静电力和安培力正好抵消，即从中可解得输电线中的电流．解（1）由分析知单位长度导线所受的安培力和静电力分别为由可得解得（2）输出功率11－24在氢原子中，设电子以轨道角动量绕质子作圆周运动，其半径为．求质子所在处的磁感强度．h 为普朗克常量，其值为分析根据电子绕核运动的角动量可求得电子绕核运动的速率v．如认为电子绕核作圆周运动，其等效圆电流在圆心处，即质子所在处的磁感强度为解由分析可得，电子绕核运动的速率其等效圆电流该圆电流在圆心处产生的磁感强度11－25如图[a]所示，一根长直同轴电缆，内、外导体之间充满磁介质，磁介质的相对磁导率为μr（μr＜1），导体的磁化可以忽略不计．沿轴向有恒定电流I通过电缆，内、外导体上电流的方向相反．求：（1）空间各区域内的磁感强度和磁化强度；*（2）磁介质表面的磁化电流．题11-25 图分析电流分布呈轴对称，依照右手定则，磁感线是以电缆对称轴线为中心的一组同心圆．选取任一同心圆为积分路径，应有，利用安培环路定理求出环路内的传导电流，并由，，可求出磁感强度和磁化强度．再由磁化电流的电流面密度与磁化强度的关系求出磁化电流．解（1）取与电缆轴同心的圆为积分路径，根据磁介质中的安培环路定理，有对r＜R1得忽略导体的磁化（即导体相对磁导率μr =1），有，对R2＞r＞R1得填充的磁介质相对磁导率为μr，有，对R3＞r＞R2得同样忽略导体的磁化，有，对r＞R3得，，（2）由，磁介质内、外表面磁化电流的大小为对抗磁质（），在磁介质内表面（r＝R1），磁化电流与内导体传导电流方向相反；在磁介质外表面（r＝R2），磁化电流与外导体传导电流方向相反．顺磁质的情况与抗磁质相反．H（r）和B（r）分布曲线分别如图（ｂ）和（c）所示．。
大学物理2精讲精练答案
第十一章静电场例题答案：11-1 （B ） 11-2（B ）11-3（B ）11-4．；从O 点指向()30220824R qdd R R qd εεπ≈-ππ缺口中心点11-5.；；沿矢径OP0/ελd ()2204dR d-πελ11-6(D)11-7.向右 ;向右2εσ023εσ11-8(1)，r <R;(2)o2r 4r k E ε=，r >R 。
204r r 4RkE ε=[解](1)作与球体同心、而半径r <R 的球面S 1。
球体内电荷密度ρ随r 变化，因此，球面S 1内包含的电荷。
根据高斯定理和已知的电荷体密度ρ(r )，()dr r r 4Q ro21⎰ρπ=可求得球体内任意点的场强。
即，得：()⎰⎰ρπε=⋅=Φr2s o r dr r r 41s d E 1 ，r <R 。
o2r 4r k E ε=(2)作与球体同心、半径r >R 的球面S 2，因R 外电荷为零，故S 2内的电荷Q 2=Q 1，根据高斯定理得：Φ==4πr 2E r =，∴()⎰⎰ρπε=⋅R 02s 0r dr r r 41s d E 2⎰πεR3dr kr 41，r >R 。
204r r 4R kE ε=11-9(D) 11-10(C) 11-11.单位正电荷在d 0L⋅=⎰A E l 静电场中沿任意闭合路径绕行一周，电场力作功等于零有势（或保守力）11-12. 45 V —15 V 11-13. -2000V 11-14. (B) 11-15.，０，，。
20R4QπεR 4Q 0πε20r 4Qπε11-16()()a b b c R R R R /ln /ln 21=λλ[解]：设B 上带正电荷，内表面上电荷线密度为λ1，外表面上电荷线密度为λ2，而A 、C 上相应地感应等量负电荷，如图所示．则A 、B 间场强分布为 E 1=λ1 / 2πε0r ，方向由B 指向A B 、C 间场强分布为 E 2=λ2 / 2πε0r ，方向由B 指向CB 、A 间电势差11100ln 22E r d d a ab bR R b BA R R aR r r R λλεε=⋅=-=ππ⎰⎰UB 、C 间电势差22200ln 22E r d d ccb b R Rc BC R R bR r U r R λλεε=⋅=-=ππ⎰⎰因U BA ＝U BC ,得到()()a b b c R R R R /ln /ln 21=λλ练习详解：11-1.（1）E 0=0；（2）E 0=0；（3）=k ；（4）0E 2aq 4i= k 0E 2aq 2i[解](1)如图(a )所示，各点电荷在点o 处产生的场强两两对应相消，所以，点o 处场强E 0=0(2)取图中(b )所示坐标。
河北科技大学大学物理答案11章
极化强度
极化电荷面密度
,，
1２－1０两共轴得导体圆筒,内筒半径为，外筒得内半径为,其间有两层均匀介质，分界面得半径为,内层介电常量为，外层介电常量为，两介质得击穿场强都就是，当电压升高时，哪层介质先击穿？证明:两筒最大电势差为
解：介质1得场强,;
介质２得场强,；
由于，，因而介质2先击穿。
0。15２ｍｍ、
习题11—19图
1１-19一个平行板电容器得每个板面积就是,两板相距，放在一个金属盒子中，如习题1１-1９图所示。电容器两板到盒子上下底面得距离各为,忽略边缘效应,求此电容器得电容。如果将一个板与盒子用导线连接起来,电容器得电容又就是多大？
0、708pＦ，１062pＦ
1１—20将一个电容为得电容器与一个电容为得电容器串联起来接到得电源上,充电后，将电源断开并将两电容器分离。在下列两种情况下,每个电容器得电压各变为多少？（１)将每一个电容器得正板与另一个电容器得负板相连；（2)将两电容器得正板与正板相连，负板与负板相连。
，
习题11-１３图
１１—１3如习题1１-1３图所示,一平板电容器,两极板相距，面积为,电势差为，板间放有一层厚为得介质，其相对介电常量为，介质两边都就是空气.略去边缘效应,求:（1）介质中得电场强度，电位移矢量与极化强度得大小;（２)极板上得电量;(３)极板与介质间隙中得场强大小；（4）电容。
解:（１)介质中得电场强度，电位移矢量，
习 题
11－1面积很大得导体平板与均匀带电平面平行放置,如习题1１—1图所示.已知与相距,两者相对得部分得面积为.(1)设面带电量为,板得面电荷密度为及，求板与面之电势差。（2）若板带电量为，求及。
(1）；（2）,
习题1１-1图
大学物理2,11第十一章 思考题
1、一根长为l 、质量为m 的均匀细棒悬于通过其一端的光滑水平固定轴上，构成一个复摆。
该摆作微小摆动时的周期等于多少？ 【答案：gl 32π2】 详解：如图所示，均匀细棒所受的重力矩为θsin 2l mg M -=2lmg -≈式中负号表示重力矩阻碍细棒向正角位移方向摆动。
细棒对悬点O 的转动惯量为231ml J =由刚体定轴转动定律得222d d 312tml l mg θθ=- 或023d d 22=+θθlgt 令lg232=ω，则该复摆作微小摆动的周期为 ωπ2=T gl 32π2= 2、两个质点各自作简谐振动，它们的振幅相同、周期相同。
第一个质点的振动方程为x 1 = A cos(ωt + ϕ)。
当第一个质点从相对于其平衡位置的正位移处回到平衡位置时，第二个质点正在最大正位移处。
求第二个质点的振动方程。
【答案：)π21cos(2-+=ϕωt A x 】 详解：设第二个质点的初相为，由题意得2π=-βϕ 即2π-=ϕβ 图4-22因此第二个质点的振动方程为)π21cos(2-+=ϕωt A x3、一根轻弹簧上端固定，下端系一个质量为m 1的物体，稳定后在m 1下边又系一个质量为m 2的物体，于是弹簧又伸长了∆x 。
如果将m 2移去，并令m 1振动，其振动周期为多少？ 【答案：gm xm 21π2∆】 详解：设弹簧下端只系质量为m 1的物体时，弹簧伸长x 1，其平衡方程为11kx g m =弹簧下端系质量为m 1和m 2的两个物体时，弹簧伸长x 2，这时的平衡方程为221)(kx g m m =+将以上两个平衡方程相减得)(122x x k g m -=x k ∆=由此解得弹簧的劲度系数为xgm k ∆=2 当移去m 2，并令m 1振动时，其振动周期为k m T 1π2=gm x m 21π2∆= 4、一个质点作简谐振动，其运动速度与时间的关系曲线如图11-11所示。
如果质点的振动规律用余弦函数描述，则其初相等于多少？【答案：π65-或π67】 详解：质点作简谐振动的运动速度与时间的关系为0.5图11-11-mO图11-15m)sin(ϕωωυ+-=t A )π21cos(++=ϕωωt A因此质点的运动速度也作简谐振动，其初相为π21+=ϕϕυ由-t 关系曲线得运动速度初始时的旋转矢量图如图所示。
大学物理课答案11章
习题1111-1．测量星体表面温度的方法之一是将其看作黑体，测量它的峰值波长m λ，利用维恩定律便可求出T 。
已知太阳、北极星和天狼星的m λ分别为60.5010m -⨯，60.4310m -⨯和60.2910m -⨯，试计算它们的表面温度。
解：由维恩定律：m T b λ=，其中：310898.2-⨯=b ，那么：太阳：362.8981057960.510m bT K λ--⨯===⨯； 北极星：362.8981067400.4310m bT K λ--⨯===⨯；天狼星：362.8981099930.2910m bT K λ--⨯===⨯。
11-2．宇宙大爆炸遗留在宇宙空间的均匀背景辐射相当于温度为K 3的黑体辐射，试计算： （1）此辐射的单色辐出度的峰值波长； （2）地球表面接收到此辐射的功率。
解：（1）由m T b λ=，有342.898109.66103m b m T λ--⨯===⨯； （2）由4M T σ=，有：424P T R σπ=⨯地，那么：328494(637010) 5.67103 2.3410P W π-=⨯⨯⨯⨯⨯=⨯。
11-3．在加热黑体过程中，其单色辐出度对应的峰值波长由0.69μm 变化到0.50μm ，求总辐出度改变为原来的多少倍？解：由 b T m =λ 和 4T M σ=可得，63.3)5.069.0()()(440400====m m T T M M λλ11-4．已知000K 2时钨的辐出度与黑体的辐出度之比为259.0。
设灯泡的钨丝面积为2cm 10，其他能量损失不计，求维持灯丝温度所消耗的电功率。
解：∵4P T S σ=⋅黑体，消耗的功率等于钨丝的幅出度，所以，44840.2591010 5.67102000235P S T W ησ--==⨯⨯⨯⨯⨯=。
11-5．天文学中常用热辐射定律估算恒星的半径。
现观测到某恒星热辐射的峰值波长为m λ；辐射到地面上单位面积的功率为W 。
大学物理学下册答案第11章-大学物理11章答案
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 =，02IB lπ= 〔C〕01IB lπ=，20B = 〔D〕01I B l π=，02IB lπ=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 )4IB dμθθπ=-，并结合右手螺旋定那么判断磁感应强度方向，按照磁场的叠加原理，可计算01IB lπ=，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，那么在圆心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图那么判断知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，那么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ΦB 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0SBdS Φ==⎰，通过闭合曲面S 的磁感应强度始终为0，保持不变。
大学物理(普通物理学第六版)111第十一章(二)
一. 选择题[ B ]自测4. 一个动量为p 的电子，沿图示方向入射并能穿过一个宽度为D 、磁感强度为B(方向垂直纸面向外)的均匀磁场区域，则该电子出射方向和入射方向间的夹角为(A) p eBD 1cos -=α． (B) peBD 1sin -=α．(C) ep BD 1sin-=α． (D) epBD 1cos -=α． 提示：[ D ]2. A 、B 两个电子都垂直于磁场方向射入一均匀磁场而作圆周运动．A 电子的速率是B 电子速率的两倍．设R A ，R B 分别为A 电子与B 电子的轨道半径；T A ，T B 分别为它们各自的周期．则 (A) R A ∶R B =2，T A ∶T B =2． (B) R A ∶R B 21=，T A ∶T B =1． (C) R A ∶R B =1，T A ∶T B 21=． (D) R A ∶R B =2，T A ∶T B =1． 提示：[ C ]3. 如图所示，在磁感强度为B 的均匀磁场中，有一圆形载流导线，a 、b 、c是其上三个长度相等的电流元，则它们所受安培力大小的关系为 (A) F a > F b > F c ． (B) F a < F b < F c ． (C) F b > F c > F a ． (D) F a > F c > F b ．提示：[A ]4. 如图，无限长直载流导线与正三角形载流线圈在同一平面内，若长直导线固定不动，则载流三角形线圈将 (A) 向着长直导线平移． (B) 离开长直导线平移． (C) 转动． (D) 不动．提示：[ D ]基础6. 两个同心圆线圈，大圆半径为R ，通有电流I 1；小圆半径为r ，通有电流I 2，方向如图．若r << R (大线圈在小线圈处产生的磁场近似为均匀磁场)，当它们处在同一平面内时小线圈所受磁力矩的大小为 (A)Rr I I 22210πμ． (B)Rr I I 22210μ．(C)rR I I 22210πμ． (D) 0．提示：二. 填空题自测10. 如图所示，一半径为R ，通有电流为I 的圆形回路，位于Oxy 平面内，圆心为O ．一带正电荷为q 的粒子，以速度v沿z 轴向上运动，当带正电荷的粒子恰好通过O 点时，作用于圆形回路上的力为_0_，作用在带电粒子上的力为_0_．基础14. 如图，在粗糙斜面上放有一长为l 的木制圆柱，已知圆柱质量为m ，其上绕有N 匝导线，圆柱体的轴线位于导线回路平面内，整个装置处于磁感强度大小为B 、方向竖直向上的均匀磁场中．如果绕组的平面与斜面平行，则当通过回路的电流I =()NlB mg 2/时，圆柱体可以稳定在斜面上不滚动．提示：自测12. 磁场中某点处的磁感强度为)SI (20.040.0j i B-=，一电子以速度j i 66100.11050.0⨯+⨯=v (SI)通过该点，则作用于该电子上的磁场力F 为)(10814N k-⨯．(基本电荷e =1.6×10-19C)提示：基础19. 如图，一个均匀磁场B 只存在于垂直于图面的P 平面右侧，B的方向垂直于图面向里．一质量为m 、电荷为q 的粒子以速度v 射入磁场．v在图面内与界面P 成某一角度．那么粒子在从磁场中射出前是做半径为qBm v的圆周运动．如果q > 0时，粒子在磁场中的路径与边界围成的平面区域的面积为S ，那么q < 0时，其路径与边界围成的平面区域的面积是S qB mv -⎪⎪⎭⎫⎝⎛2π．5. 如图所示，在真空中有一半径为a 的3/4圆弧形的导线，其中通以稳恒电流I ，导线置于均匀外磁场B 中，且B与导线所在平面垂直．则该载流导线bc 所受的磁力大小为aIB 2．6．氢原子中电子质量m ，电荷e ，它沿某一圆轨道绕原子核运动，其等效圆电流的磁矩大小p m 与电子轨道运动的动量矩大小L 之比=Lp m m e 2. 提示：三. 计算题自测18. 如图所示线框，铜线横截面积S = 2.0 mm 2，其中OA 和DO ＇两段保持水平不动，ABCD 段是边长为a 的正方形的三边，它可绕OO ＇轴无摩擦转动．整个导线放在匀强磁场B 中，B的方向竖直向上．已知铜的密度ρ = 8.9×103 kg/m 3，当铜线中的电流I =10 A时，导线处于平衡状态，AB 段和CD 段与竖直方向的夹角α =15°．求磁感强度B的大小．解：线圈的电流如图所示，才能保持平衡。
河北科技大学大学物理答案力学
第一章 质点运动学1-1.质点运动学方程为k j i r t t R t R 3cos sin ++=(SI),求2π=t 时的速度和加速度 (写出正交分解式) 解：k j i rv 3sin cos d d +-==t R t R t ，当2π=t 时，k j v 3+-=R ；j i va t R t R t cos sin d d --==，当2π=t 时，i a R -= 1-2．一质点沿直线运动，其坐标x 与时间t 有如下关系()t A x α--=e 1（SI ）（A 、α皆为常数），求任意时刻t 质点的速度和加速度。
解：t A tx αα-==e d d v ，t A t a αα--==e d d 2v1-3．一质点运动的加速度为j i a 232t t +=（SI ），其初始速度与初始位矢均为0，求：（1）则2s t =时该质点的速度；（2）该质点的运动方程。
解：⎰⎰⎰+===2220d )32(d d t t t t j i a v vv j i 32t t +=，当s 2=t 时，()m/s 84j i v +=⎰⎰⎰+===ttrt t t t 03200d )(d d j i v r r，运动方程为()SI 413143j i r t t +=，1-4.一个质点在x 轴上作直线运动，运动方程为32348x t t =++（SI ），求：（1）任意时刻质点的速度和加速度；（2）在2s t =和3s t =时刻，质点的位置、速度和加速度；（3）在2s t =到3s t =时间内，质点的平均速度和平均加速度。
(1)由速度和加速度的定义式，可求得()()1223s m 89d 843d d d v -⋅+=++==t t t t t t x()()22s m 818d 89d d dv -⋅+=+==t tt t t a (2) t =2s 时，()m 488242323=+⨯+⨯=x()12s m 522829-⋅=⨯+⨯=v ， ()2s m 448218-⋅=+⨯=at =3s 时， ()m 1258343323=+⨯+⨯=x ， ()12s m 1053839-⋅=⨯+⨯=v ()2s m 628318-⋅=+⨯=a ，(3) ()1s m 772348125-⋅=--=∆∆=t x v ， ()2s m 532352105-⋅=--=∆∆=t a v 1-5 一升降机以加速度a 上升，在上升过程中有一螺钉从天花板上松落，升降机的天花板与底板相距为d ，求螺钉从天花板落到底板上所需的时间。
河北科技大学大学物理答案静电场
电场 为常量。 10-21 一半径为的带电球，其体电荷密度为，为一常量，为空间某点 至球心的距离。试求：(1)球内、外的场强分布；(2)为多大时，场强最 大？ 等于多少？ 解：（1）半径为的高斯球面内的电荷量 ,由高斯定理可知 ，向外为正方向； 半径为的高斯球面内的电荷量 ,由高斯定理可知 ，向外为正方向； (2)内部 ，，
矩。 （2）⊥时，电偶极子在位置的场强为，方向与电偶极矩的方向相反， 因此电荷受的力为，方向与电偶极矩的方向相反。所以电偶极子所受的 力 ，方向与电偶极矩的方向相同； 在电偶极子处的场强，方向由指向， 电偶极子受的力矩，方向由转向。 10-7 如习题11-7图所示，一根细玻璃棒被弯成半径 为的半圆形，其上半段均匀地带电荷，下半段均匀地 带电荷，试求半圆中心点处的电场。
10-22 电荷均匀分布在半径为的无限长圆柱体内，求证：离柱轴远处 的值由式给出，式中是体电荷密度，当时，结果如何？
解：（1）在圆柱体内做一半径为，高为的同轴圆柱面，由高斯定理可 知
，因而；
（2）在圆柱体外做一半径为，高为的同轴圆柱面，由高斯定理可知
，因而； 10-23 两个无限长同轴圆柱面，半径分别为和，带有等值号电荷，每 单位长度的电量分别为（即电荷线密度）。试分别求(1)，(2)，(3)时， 离轴线为处的电场强度。
（2） 通过与电荷相连的3个面的电通量都为0，通过不与电荷相
连的面的电通量都为
（3） 。 10-17 如习题11-17图所示，设均匀电场与 半径为的半球的轴平行，试计算通过此半 球的电通量。 解：通过半球的电通量与通过圆面的一 样，。
10-19 如
图习题11-
19所示，电Βιβλιοθήκη 分量是，，式中，，假
设，试计 算：(1)通
大学物理第十一章课后答案
第十一章 电流与磁场11-1 电源中的非静电力与静电力有什么不同？答：在电路中，电源中非静电力的作用是，迫使正电荷经过电源内部由低电位的电源负极移动到高电位的电源正极，使两极间维持一电位差。
而静电场的作用是在外电路中把正电荷由高电位的地方移动到低电位的地方，起到推动电流的作用；在电源内部正好相反，静电场起的是抵制电流的作用。
电源中存在的电场有两种：1、非静电起源的场；2、稳恒场。
把这两种场与静电场比较，静电场由静止电荷所激发，它不随时间的变化而变化。
非静电场不由静止电荷产生，它的大小决定于单位正电荷所受的非静电力，q非F E =。
当然电源种类不同，非F 的起因也不同。
11-2静电场与恒定电场相同处和不同处？为什么恒定电场中仍可应用电势概念？ 答：稳恒电场与静电场有相同之处，即是它们都不随时间的变化而变化，基本规律相同，并且都是位场。
但稳恒电场由分布不随时间变化的电荷产生，电荷本身却在移动。
正因为建立稳恒电场的电荷分布不随时间变化，因此静电场的两条基本定理，即高斯定理和环路定理仍然适用，所以仍可引入电势的概念。
11-3一根铜导线表面涂以银层，当两端加上电压后，在铜线和银层中，电场强度是否相同？电流密度是否相同？电流强度是否相同？为什么？答：此题涉及知识点：电流强度d sI =⋅⎰j s ，电流密度概念，电场强度概念，欧姆定律的微分形式j E σ=。
设铜线材料横截面均匀，银层的材料和厚度也均匀。
由于加在两者上的电压相同，两者的长度又相等，故铜线和银层的场强E相同。
由于铜线和银层的电导率σ不同，根据j E σ=知，它们中的电流密度j 不相同。
电流强度d sI =⋅⎰j s ，铜线和银层的j 不同但相差不太大，而它们的横截面积一般相差较大，所以通过两者的电流强度，一般说来是不相同的。
11-4一束质子发生侧向偏转，造成这个偏转的原因可否是：（1）电场？（2）磁场？（3）若是电场和磁场在起作用，如何判断是哪一种场？答：造成这个偏转的原因可以是电场或磁场。