电磁学赵凯华陈熙谋___第二版_课后答案
赵凯华所编《电磁学》第二版参考答案
精心整理第一章 静电场§1.1静电的基本现象和基本规律思考题：1、 给你两个金属球，装在可以搬动的绝缘支架上，试指出使这两个球带等量异号电荷的方向。
你可以用丝绸摩擦过的玻璃棒，但不使它和两球接触。
你所用的方法是否要求两球大小相等？答：先使两球接地使它们不带电，再绝缘后让两球接触，将用丝绸摩擦后带正电的玻璃棒靠近金属球一侧时，由于静电感应，靠近玻璃棒的球感应负电荷，较远的球感应等量的正电荷。
然后两球分开，再移去玻璃棒，两金属球分别带等量异号电荷。
本方法不要求两球大小相等。
因为它们本来不带电，根据电荷守恒定律，由于静电感应而带电时，无论两球大小是否相等，其总电荷仍应为零，2、答：3、 §1.2思考题：1、 2、 荷量q0答：q03、 4、 答：由对称性可知，圆环中心处电场强度为零。
轴线上场强方向沿轴线。
当带电为正时，沿轴线向外；当带电为负时，沿轴线向内，-----------------------------------------------------------------------------------------------------------§1.3高斯定理思考题：1、 一般地说，电力线代表点电荷在电场中运动的轨迹吗？为什么？答：一般情况下，电力线不代表点电荷在电场中运动的轨迹。
因为电力线一般是曲线，若电荷沿电力线作曲线运动，应有法向力存在；但电力线上各点场强只沿切线方向，运动电荷必定偏离弯曲的电力线。
仅当电力线是直线，且不考虑重力影响时，初速度为零的点电荷才能沿着电力线运动。
若考虑重力影响时，静止的点电荷只能沿竖直方向电力线运动。
2、 空间里的电力线为什么不相交？答：电力线上任一点的切线方向即为该点场强方向。
如果空间某点有几条电力线相交，过交点对每条电力线都可作一条切线，则交点处的场强方向不唯一，这与电场中任一点场强有确定方向相矛盾。
3、一个点电荷q放在球形高斯面的中心处，试问在下列情况下，穿过这高斯面的电通量是否改变？（1）如果第二个点电荷放在高斯球面外附近；（2）如果第二个点电荷放在高斯球面内；（3）如果将原来的点电荷移离了高斯球面的球心，但仍在高斯球面内。
赵凯华所编《电磁学》第二版问题详解
第一章静电场§1.1 静电的基本现象和基本规律思考题：1、给你两个金属球，装在可以搬动的绝缘支架上，试指出使这两个球带等量异号电荷的方向。
你可以用丝绸摩擦过的玻璃棒，但不使它和两球接触。
你所用的方法是否要求两球大小相等？答：先使两球接地使它们不带电，再绝缘后让两球接触，将用丝绸摩擦后带正电的玻璃棒靠近金属球一侧时，由于静电感应，靠近玻璃棒的球感应负电荷，较远的球感应等量的正电荷。
然后两球分开，再移去玻璃棒，两金属球分别带等量异号电荷。
本方法不要求两球大小相等。
因为它们本来不带电，根据电荷守恒定律，由于静电感应而带电时，无论两球大小是否相等，其总电荷仍应为零，故所带电量必定等量异号。
2、带电棒吸引干燥软木屑，木屑接触到棒以后，往往又剧烈地跳离此棒。
试解释之。
答：在带电棒的非均匀电场中，木屑中的电偶极子极化出现束缚电荷，故受带电棒吸引。
但接触棒后往往带上同种电荷而相互排斥。
3、用手握铜棒与丝绸摩擦，铜棒不能带电。
戴上橡皮手套，握着铜棒和丝绸摩擦，铜棒就会带电。
为什么两种情况有不同结果？答：人体是导体。
当手直接握铜棒时，摩擦过程中产生的电荷通过人体流入大地，不能保持电荷。
戴上橡皮手套，铜棒与人手绝缘，电荷不会流走，所以铜棒带电。
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------§1.2 电场电场强度思考题：1、在地球表面上通常有一竖直方向的电场，电子在此电场中受到一个向上的力，电场强度的方向朝上还是朝下？答：电子受力方向与电场强度方向相反，因此电场强度方向朝下。
2、在一个带正电的大导体附近P点放置一个试探点电荷q0(q0>0),实际测得它受力F。
若考虑到电荷量q0不是足够小的，则F/ q0比P点的场强E大还是小？若大导体带负电，情况如何？答：q0不是足够小时，会影响大导体球上电荷的分布。
电磁学第二版习题答案第七章
R1 < r < R2 ： H ⋅ 2π r = I H = B = μ 2 H = 2
∫
L
H ⋅ dl = ∑ I i
过所求点以 r 为半径作同心圆为闭合电路 L r < R1 ： H ⋅ 2π r =
I Ir μ Ir ⋅ π r 2 ， H = ， B = μ1 H = 1 2 2 2 π R1 2π R1 2π R1
B = μ0 μ r1 H =
μ0 μr ( R32 − r 2 ) I 2 2π r ( R32 − R2 )
1
r > R3 ： H ⋅ 2π r = I − I H = 0 B = 0 7．1．6 解：磁介质由于磁化在界面上出现面磁化电流，它们相当于两个无限大的均匀截流面由。 对称性分析可知：在平板内存在一个平行于导体板侧面且 B = 0 的平面在该平面的两侧 B 方向相 反。
第七章 习题
7.1.1 半径为 R 的均匀磁化介质球的磁化强度 M 与 z 轴平行，用球坐标写出球面上磁化电流面密度的 表达式，并求出其总磁矩 解：
α′ = M × n
即 α ′ = Mk × r = M sin θ eϕ 又∵ M = 7．1．2
2 1 1 2 1 2
H 2 = γ E (b −
B2 = μ0γ E
7．1．6
μr b μr b )=γE μr + μr μr + μr
2 1 1 2 1 2 1 2
μr μr b μr + μr
1 2
解： （1）
∫
L
H ⋅dl = ∑ I i Ir μ Ir I B = μ1 H = 1 2 ⋅π r 2 H = 2 2 2π R1 2π R1 π R1
新概念物理教程 电磁学 赵凯华 第二版2版 课后习题答案全解详解
可当作点电荷），求（"）! 粒于所受的力；（’）! 粒子的加速度。
解：（"）
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设两平行线中左边一条带负电右边一条带正电原点取在二者中间场点的坐标为利用书上例题的结果有均匀电场与半径为的半球面的轴线平行试用面积分计算通过此半球面的电通量
电磁学(赵凯华)答案[第1章 静电场]
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1. 有两个相距为2a，电荷均为+q的点电荷。
今在它们连线的垂直平分线上放置另一个点电荷q'，q'与连线相距为b。
试求：（1）q'所受的电场力；（2）q'放在哪一位置处，所受的电场力最大？解：解法一用直角系分解法求解。
取直角坐标系，两q连接的中点为坐标原点O，如图所示。
(1) 由库仑定律可知，两电荷q施加给q’的电场力F1和F2的大小分别为:F1和F2分别在X轴和Y轴上的投影为:于是电荷q’所受的合力F在X轴方向的分量为:因此，电荷q’所受的合电力F的为在Y轴方向的分量,大小为:方向沿Y轴方向。
(2) 根据q’所受的电力F=Fj,设式中b为变量，求F对变量b的极值，有:可得:得:由于：所以，当q’放在处时，所受的电场力最大。
解法二本题也可以直接用矢量合成法求解。
(1) 根据库仑定律，q’所受的电力F1和F2分别为有电场力叠加原理可知，q’所受的合力F为:此结果与解法一相同。
如果选取的电荷q’与q同号，F方向与Y轴同向；如果q’与q异号，F方向与Y轴反向。
(2) 同解法一（略）。
２. 如图所示，在边长为a的正方形的4个顶点上各有一带电量为q的点电荷。
现在正方形对角线的交点上放置一个质量为m，电量为q0(设q0与q同号)的自由点电荷。
当将q0沿某一对角线移动一很小的距离时，试分析点电荷q0的运动情况。
解: 如图所示，取坐标轴OX，原点O在正方形的中心，顶点上的点电荷到O电的距离为。
沿X轴方向使q0有一小位移x(x<<a), 左右两个点电荷q对q0的作用力Fx(1)为:因为x<<a，故x<<r，所以:Fx(1)的方向沿X轴负向。
而上、下两个q对q0的作用力Fx(2)为:由上述分析可知，q0所受的合力为:Fx = Fx (1) + Fx(2)方向沿X轴负向。
这表明q0所受的电场力为一线形恢复力，则q0在这个作用力下作简谐振动。
有牛顿定律可知：可得q0在O点附近简谐振动的角频率ω和周期T为3 如图（a）所示，有一无限长均匀带电直线，其电荷密度为+λ（1）另外，在垂直于它的方向放置着一根长为L的均匀带电线AB,其线电荷密度为+λ（２）试求她们间的相互作用力。
赵凯华所编《电磁学》第二版答案之欧阳与创编
第一章静电场§1.1 静电的基本现象和基本规律思考题：1、给你两个金属球，装在可以搬动的绝缘支架上，试指出使这两个球带等量异号电荷的方向。
你可以用丝绸摩擦过的玻璃棒，但不使它和两球接触。
你所用的方法是否要求两球大小相等？答：先使两球接地使它们不带电，再绝缘后让两球接触，将用丝绸摩擦后带正电的玻璃棒靠近金属球一侧时，由于静电感应，靠近玻璃棒的球感应负电荷，较远的球感应等量的正电荷。
然后两球分开，再移去玻璃棒，两金属球分别带等量异号电荷。
本方法不要求两球大小相等。
因为它们本来不带电，根据电荷守恒定律，由于静电感应而带电时，无论两球大小是否相等，其总电荷仍应为零，故所带电量必定等量异号。
2、带电棒吸引干燥软木屑，木屑接触到棒以后，往往又剧烈地跳离此棒。
试解释之。
答：在带电棒的非均匀电场中，木屑中的电偶极子极化出现束缚电荷，故受带电棒吸引。
但接触棒后往往带上同种电荷而相互排斥。
3、用手握铜棒与丝绸摩擦，铜棒不能带电。
戴上橡皮手套，握着铜棒和丝绸摩擦，铜棒就会带电。
为什么两种情况有不同结果？答：人体是导体。
当手直接握铜棒时，摩擦过程中产生的电荷通过人体流入大地，不能保持电荷。
戴上橡皮手套，铜棒与人手绝缘，电荷不会流走，所以铜棒带电。
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------§1.2 电场电场强度思考题：1、在地球表面上通常有一竖直方向的电场，电子在此电场中受到一个向上的力，电场强度的方向朝上还是朝下？答：电子受力方向与电场强度方向相反，因此电场强度方向朝下。
2、在一个带正电的大导体附近P点放置一个试探点电荷q0(q0>0),实际测得它受力F。
若考虑到电荷量q0不是足够小的，则F/ q0比P点的场强E大还是小？若大导体带负电，情况如何？答：q0不是足够小时，会影响大导体球上电荷的分布。
赵凯华电磁学及课后习题答案
电场线起始于正电荷或无穷 远，止于负电荷或无穷远
应用：直线
应用：平面
34推广
应用：球面
续41
应用：球体
比较结果
§4 电势及其梯度
静电保守力
续45
点电荷系
续47
保守力小结
环路定理
电势能
续51
点电荷例
电势
电势差
叠加原理
续56
简例
电势计算法
第一章
静电场
§1 静电场的基本现象 和基本规律
电荷守恒定律
真空库仑定律
续库仑定律
§2 电场 电场强度
第二节
电场强度
点电荷的场强
点电荷系场强
电偶极子场强
带电体的场强
带电直线场强
续16
续17
带电平面场强
带电平的场强
续19
两个常用公式
带电圆环场强
续22
带电圆环场强
带电圆盘场强
1 C
1 C1
1 C2
1 Ck
电容器的电场能
电容器的能量
电容器带电时具有能量，实验如下：
. K.
a. b
将K倒向a 端 电容充电 再将K到向b端
C
R
灯泡发出一次强的闪光!
能量从哪里来？
电容器释放。
问题：当电容器带有电量Q、相应的电压为U时， 所具有的能量W=？
电容器的电场能
W 1 Q2 2C
C的大小
(1)衡量一个实际的电容器的性能主要指标 耐压能力
(2)在电路中，一个电容器的电容量或耐压能力不够时，
可采用多个电容连接：
C1
如增大电容，可将多个电容并联：
C2
电磁学答案第二章
× 由(① — ②)
μ 0σ eω R
2
可得
(a < R ) (a > R )
2 3 μ 0σ eω R B= 3 2 μ 0σ eω R R 3 3 a
或
μ 0Q ω 6π R B= μ 0Q ω R 3 3 6π R a
(a < R ) (a > R )
若已知 电量Q
#
(a > b > 0 )
(a > b )
( a > b > 0)
dθ ∫ a + b cos θ =
1 a 2 b2
ta n θ
在 0 2π 上 不 连 续
ta n 1 x
π 的 主 值 在 0, 2
)
P. 148, 2-40 【解】:参见右图, ⑴ eυ × B ,向东偏; ⑵
1T=10 4 Gauss ) (
π × (15 × 10
4
3
)
2
⑵ 最大力矩
M max = =
π π
4
nlID2 B ×100 × 30 × 2.0 × 15 ×10
4 = 4.24N m
(
3 2
)
× 4.0
P. 147, 2-33 【解】:参见右图, 左右两半受力均沿x方向 左半边
d F1 x = I 2 d lB1 cos θ
x
h R
x = R R2 h2 = 3mm
⑷ 像素同时向东偏,不影响看电视.
P. 149, 2-47 【证】: 轨道半径 则 频率(转/秒) 即
D mυ = 2 eB eBD υ= 2m
υ f = πD
eB f = 2π m
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第一章 静电场§1.1静电的基本现象和基本规律计算题：1、 真空中两个点电荷q 1=1.0×10-10C ，q 2=1.0×10-11C ，相距100mm ，求q 1受的力。
解：)(100.941102210排斥力N r q q F -⨯==πε 2、 真空中两个点电荷q 与Q ，相距5.0mm,吸引力为40达因。
已知q=1.2×10-6C,求Q 。
解：1达因=克·厘米/秒=10-5牛顿 3、 为了得到一库仑电量大小的概念，试计算两个都是一库仑的点电荷在真空中相距一米时的相互作用力和相距一千米时的相互作用力。
解：⎩⎨⎧=⨯=⨯==物体的重量相当于当万吨物体的重量相当于当kg m r N m r N r q q F 900)1000(100.990)1(100.941392210πε 4、 氢原子由一个质子（即氢原子核）和一个电子组成。
根据经典模型，在正常状态下，电子绕核作圆周运动，轨道半径是r=5.29×10-11m 。
已知质子质量M=1.67×10-27kg ，电子质量m=9.11×10-31kg 。
电荷分别为e=±1.6×10-19C,万有引力常数G=6.67×10-11N ·m 2/kg 2。
（1）求电子所受的库仑力；（2）库仑力是万有引力的多少倍？（3）求电子的速度。
解：不计万有引力完全可以略去与库仑力相比在原子范围内由此可知吸引力吸引力,,,/1019.24141)3(1026.2/)(1063.3)2()(1022.841)1(620220239472218220sm mr e v re r v m F F N rm m G F N r e F g e g e ⨯==⇒=⨯=⇒⨯==⨯==--πεπεπε5、 卢瑟福实验证明：当两个原子核之间的距离小到10-15米时，它们之间的排斥力仍遵守库仑定律。
金的原子核中有79个质子，氦的原子核（即α粒子）中有2个质子。
已知每个质子带电e=1.6×10-19C ，α粒子的质量为6.68×10-27kg.。
当α粒子与金核相距为6.9×10-15m 时（设这时它们仍都可当作点电荷）。
求（1）α粒子所受的力；（2）α粒子的加速度。
解：s m mFa N r q q F /1014.1)2()(1064.741)1(2922210⨯==⨯==排斥力πε6、 铁原子核里两质子间相距4.0×10-15m,每个质子带电e=1.6×10-19C 。
（1）求它们之间的库仑力；（2）比较这力与所受重力的大小。
解：26262220108.8/1064.1)2()(4.1441)1(⨯=⇒⨯====-g e g e F F N RmMGF N r e F 排斥力πε7、 两个点电荷带电2q 和q ，相距l ，第三个点电荷放在何处所受的合力为零？解：设所放的点电荷电量为Q 。
若Q 与q 同号，则三者互相排斥，不可能达到平衡；故Q 只能与q 异号。
当Q 在2q 和q 联线之外的任何地方，也不可能达到平衡。
由此可知，只有Q 与q 异号，且处于两点荷之间的联线上，才有可能达到平衡。
设Q 到q 的距离为x.lx x l Qq x Qq F )12(0)(241412020-==-+=πεπε 8、 三个相同的点电荷放置在等边三角形的各顶点上。
在此三角形的中心应放置怎样的电荷，才能使作用在每一点电荷上的合力为零？解：设所放电荷为Q ，Q 应与顶点上电荷q 异号。
中心Q 所受合力总是为零，只需考虑q 受力平衡。
平衡与三角形边长无关，是不稳定平衡。
9、 电量都是Q 的两个点电荷相距为l ，联线中点为O ；有另一点电荷q ，在联线的中垂面上距O 为r 处。
（1）求q 所受的力；（2）若q 开始时是静止的，然后让它自己运动，它将如何运动？分别就q 与Q 同号和异号两种情况加以讨论。
解：(1)[]2322022220)2/(2)2/()2/(412r l r Qq r r rl rr l Qq F +=++=πεπε(2)q 与Q 同号时，F 背离O 点，q 将沿两Q 的中垂线加速地趋向无穷远处。
q 与Q 异号时，F 指向O 点，q 将以O 为中心作周期性振动，振幅为r.<讨论>：设q 是质量为m 的粒子，粒子的加速度为因此，在r<<l 和q 与Q 异号的情况下，m 的运动近似于简谐振动。
10、 两小球质量都是m ，都用长为l 的细线挂在同一点，若它们带上相同的电量，平衡时两线夹角为2θ。
设小球的半径都可以略去不计，求每个小球上的电量。
qQ2q x qQQ l/2Ol/2解：小球静止时，作用其上的库仑力和重力在垂直于悬线方向上的分量必定相等。
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------§1.2电场电场强度----------------------------------------------------------------------------------------------------------- 计算题： 1、在地球表面上某处电子受到的电场力与它本身的重量相等，求该处的电场强度（已知电子质量m=9.1×10-31kg,电荷为-e=-1.610-19C ）.解：C N emgE mgeE F /106.511-⨯==== 2、 电子所带的电荷量（基本电荷-e ）最先是由密立根通过油滴实验测出的。
密立根设计的实验装置如图所示。
一个很小的带电油滴在电场E 内。
调节E ，使作用在油滴上的电场力与油滴的重量平衡。
如果油滴的半径为1.64×10-4cm,在平衡时，E=1.92×105N/C 。
求油滴上的电荷（已知油的密度为0.851g/cm 3）解：C Eg R q gR mg qE F 19331003.8)34()34(-⨯=====πρπρ 3、 在早期（1911年）的一连串实验中，密立根在不同时刻观察单个油滴上呈现的电荷，其测量结果（绝对值）如下：6.568×10-19库仑13.13×10-19库仑19.71×10-19库仑 8.204×10-19库仑16.48×10-19库仑22.89×10-19库仑 11.50×10-19库仑18.08×10-19库仑26.13×10-19库仑 根据这些数据，可以推得基本电荷e 的数值为多少？解：油滴所带电荷为基本电荷的整数倍。
则各实验数据可表示为k i e 。
取各项之差点儿Ce C e k k k k k k k k k k k k k k k k C e C k e Ce k k C e k k C e k k C e k k C e k k C e k k C e k k C e k k 191989867452356341219191989197819671956194519341923191210)046.0629.1(),10(63.1,63.1,62.1,60.1,648.1,59.1,675.1,636.12,11060.1,1060.11024.3)(1018.3)(1018.3)(1060.1)(10350.3)(10630.1)(10296.3)(10636.1)(------------⨯±=⨯=-=-=-=-=-=-=-=-⨯<⨯∆⨯=-⨯=-⨯=-⨯=-⨯=-⨯=-⨯=-⨯=-取平均值的数值有所以只能有没有理由认为的最小值接近4、 根据经典理论，在正常状态下，氢原子中电子绕核作圆周运动，其轨道半径为5.29×10-11米。
已知质子电荷为e=1.60×10-19库,求电子所在处原子核（即质子）的电场强度。
qE解：C N re E /1014.5411120⨯==πε 5、 两个点电荷，q 1=+8微库仑，q 2=-16微库仑（1微库仑=10-6库仑），相距20厘米。
求离它们都是20解：001602122212162202262101130)21arcsin()60sin arcsin()/(101.360cos 2)/(106.34)/(108.14===⨯=-+=+=⨯==⨯==E E C N E E E E E E E E C N r q E C N r q E θπεπε与两电荷相距20cm 的点在一个圆周上，各点E 大小相等，方向在圆锥在上。
6、如图所示，一电偶极子的电偶极矩P=ql.P 点到偶极子中心O 的距离为r,r 与l 的夹角为。
在r>>l 时，求P Er 和垂直于r 方向上的分量E θ。
解： 其中—— 7、把电偶极矩P=ql 的电偶极子放在点电荷Q 的电场内，P 的中心O 到Q的距离为r(r>>l),分别求：（1）P//QO 和（2）P ⊥QO 时偶极子所受的力F 和力矩L 。
解：（1）3022042))2()2((41r pQl r qQ l r qQ F πεπε=++--=F 的作用线过轴心O ，力矩为零q EEQrO-OE（2）303022044cos 20,)4/(4r rp Q L r Qp F F F O l r qQF F y x ⨯=-===+==+-+πεπεθπε有力矩对中点形成一对力偶8、附图中所示是一种电四极子，它由两个相同的电偶极子P=ql 组成，这两偶极子在一直线上，但方向相反，它们的负电荷重合在一起。
证明：在它们的延长线上离中心为r 处，叫做它的电四极矩式中ql Q l r r QE 2)(4340=>>=πε解：()())2(433421)1(422412402220222222202220ql Q rQr l r q E l r r l r l r r q l r q r q l r q E ===>>⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡--+=⎥⎦⎤⎢⎣⎡++--=πεπεπεπε时当9、附图中所示为另一种电四极子，设q 和l 都已知，图中P 点到电四极子中心O 的距离为x.PO 与正方形的一对边平行。
求P 点的电场强度E 。
当x>>l 时，E=？解：()()40240232223220214334,2/12/1422r ql r l ql E l r l rl r l rl r ql E E E E yy y πεπεπε==>>⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧++-+-=+==时当 10、均匀带电细棒（1）在通过自身端点的垂直面上和（2）在自身的延长线上的场强分布，设棒长为2l ，带电总量为q. 解：（1）一端的垂直面上任一点A 处-q+q220220220414)411(8sin cos )(41l r r q dE E l r r l qdE E dE dE dE dE z l r dqdE l l r r ll z z r z +±==+-====-+=⎰⎰+-+-πεπεθθπε（2）延长线上任一点B 处11、 两条平行的无限长直均匀带电线，相距为a,电荷线密度分别为±ηe ,（1）求这两线构成的平面上任一点（设这点到其中一线的垂直距离为x ）的场强；（2）求两线单位长度间的相互吸引力。