电磁学(赵凯华)答案[第3章 电磁感应]
赵凯华陈煕谋《电磁学》第三版思考题及习题答案(完整版)
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： 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/cm3） 解： 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 kie。取各项之差点儿 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。 解： 5、 两个点电荷，q1=+8 微库仑，q2=-16 微库仑（1 微库仑=10-6 库仑） ，相距 20 厘米。求 离它们都是 20 厘米处的电场强度。 解： 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 点的电场强度 E 在 r=OP 方向的分量 Er 和垂直于 r 方向上的分量 Eθ。 解：
电磁学第三版赵凯华陈煕谋 思考题和课后习题答案详解全解解析(上册)
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。
计算题：1、真空中两个点电荷q1=1.0×10-10C，q2=1.0×10-11C，相距100mm，求q1受的力。
解：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：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。
《电磁学》赵凯华陈熙谋No3chapter答案
第三章 稳 恒 电 流§3.1 电流的稳恒条件和导电规律思考题：1、 电流是电荷的流动，在电流密度j ≠0的地方，电荷的体密度ρ是否可能等于0？ 答：可能。
在导体中，电流密度j ≠0的地方虽然有电荷流动，但只要能保证该处单位体积内的正、负电荷数值相等（即无净余电荷），就保证了电荷的体密度ρ＝０。
在稳恒电流情况下，可以做到这一点，条件是导体要均匀，即电导率为一恒量。
2、 关系式U=IR 是否适用于非线性电阻？答：对于非线性电阻，当加在它两端的电位差Ｕ改变时，它的电阻Ｒ要随着Ｕ的改变而变化，不是一个常量，其Ｕ－Ｉ曲线不是直线，欧姆定律不适用。
但是仍可以定义导体的电阻为Ｒ＝Ｕ／Ｉ。
由此，对非线性电阻来说，仍可得到Ｕ＝ＩＲ的关系，这里Ｒ不是常量，所以它不是欧姆定律表达式的形式的变换。
对于非线性电阻，Ｕ、Ｉ、Ｒ三个量是瞬时对应关系。
3、 焦耳定律可写成P=I 2R 和P=U 2/R 两种形式，从前者看热功率P 正比于R ，从后式看热功率反比于R ，究竟哪种说法对？答：两种说法都对，只是各自的条件不同。
前式是在Ｉ一定的条件下成立，如串联电路中各电阻上的热功率与阻值Ｒ成正比；后式是在电压Ｕ一定的条件下成立，如并联电路中各电阻上的热功率与Ｒ成反比。
因此两式并不矛盾。
4、 两个电炉，其标称功率分别为W 1、W 2，已知W 1>W 2，哪个电炉的电阻大？ 答：设电炉的额定电压相同，在Ｕ一定时，Ｗ与Ｒ成反比。
已知W 1>W 2，所以Ｒ1<R 2，5、 电流从铜球顶上一点流进去，从相对的一点流出来，铜球各部分产生的焦耳热的情况是否相同？答：沿电流方向，铜球的截面积不同，因此铜球内电流分布是不均匀的。
各点的热功率密度p=j 2/σ不相等。
6、 在电学实验室中为了避免通过某仪器的电流过大，常在电路中串接一个限流的保护电阻。
附图中保护电阻的接法是否正确？是否应把仪器和保护电阻的位置对调？ 答：可以用图示的方法联接。
电磁学(赵凯华)答案[第3章 电磁感应]
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1 一根长直导线载有 5.0A直流电流,旁边有一个与它共面的矩形线圈ABCD,已知l=20cm,a=10cm,b=20cm;线圈共有N=1000匝,以v=3.0m/s的速度离开直导线,如图所示。
试求线圈中的感应电动势的大小与方向。
解:2. 如图所示,无限长直导线中的电流为I,在它附近有一边长为2a的正方形线圈,可绕其中心轴以匀角速度旋转,转轴与长直导线的距离为b。
试求线圈中的感应电动势。
解:3. 如图所示，一无限长的直导线中通有交变电流:，它旁边有一个与其共面的长方形线圈ABCD，长为l，宽为（）。
试求：（1）穿过回路ABCD的磁通量；（2）回路ABCD中的感应电动势。
解:4.一无限长直导线，通电流为I。
在它旁边放有一矩形金属框，边长分别为a、b，电阻为R，如图所示。
当线圈绕轴转过180o时，试求流过线框截面的感应电量。
解:5. 如图所示为具有相同轴线的两个导线回路，小线圈在大线圈上面x处，已知大、小线圈半径分别为R、r，且x>> R，故当大线圈中有电流I流动时，小线圈所围面积内（）的磁场可近似视为均匀的。
设大小线圈在同轴情况下，其间距x以匀速变化。
试求：（1）穿过小线圈的磁通量和x之间的关系；（2）当x=NR时（N为一正数），小线圈内产生的感应电动势；（3）若v>0，小线圈内的感应电流的方向。
解:6.如图所示，在均匀磁场B中放一很长的良导体线框，其电阻可忽略。
今在此线框上横跨一长度为l、质量为m、电阻为R的导体棒，并让其以初速度运动起来，忽略棒与线框之间的摩擦，试求棒的运动规律。
解:7. 如图所示，在电阻为零，相距为l的两条平行金属导轨上，平行放置两条质量为m 电阻为R/2的匀质金属棒AB、CD，他们与导线相垂直，且能沿导轨做无摩擦的滑动。
整个装置水平地置于方向垂直向下的匀强磁场中，磁感应强度为B。
若不考虑感应电流的影响，今对AB施加一恒力F，使其从静止开始运动起来。
试求：导轨上感应电流恒定后的大小，以及两棒的相对速度。
电磁学第三版赵凯华答案
2. 真空中两个点电荷q与Q，相距5.0毫米，吸引力为40达 因。已知q=1.2 10-6 库仑，求Q。
解： 依库仑定律：F
4 0r 2
Q F • 4 0r 2
q
4.0104
4 3.14 8.85 1012 1.2 10 6
5.0 10 3
2
9.310（13 库仑）
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：若此处的电场为E，则
E
mg q
9.110 31 9.8 1.6 10 19
5.6 10 11
伏/米
2. 电子说带的电荷量（基本电荷 -e ）最先是由密立根通过油
滴试验测的。密立根设计的试验装置如附图所示。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 的总量平衡。如果油滴的半径为1.64 10－4厘米，在平衡时， E＝1.92 105牛顿/库仑。求油滴上的电荷（已知油的密度为 0.851克/厘米3）。
5.141011伏 / 米或牛顿/ 库仑
5. 两个点电荷，q1 ＝＋8.0微库仑，q2= - 16.0微库仑（1微 库仑＝10－6库仑），相距20厘米。求离它们都是20厘米处的 电场强度E。
解：依题意，作如图所示：
E1
q1
4 0r12
E2
q2
4 0r22
E y E1y E2 E1 cos 600 E2 cos 600
电荷重合在一起。证明：在它们的延长线上离中心（即负电荷）
为r处，
E
3Q
4 0r 4
(r
l ),
+q -2q +q
电磁学第四版赵凯华习题解析
电磁学第四版赵凯华习题解析第一章电磁场的基本概念题1.1解析：该题主要考察对电磁场基本概念的理解。
根据定义，电场强度E是单位正电荷所受到的电力，磁场强度B是单位长度为1、电流为1的导线所受到的磁力。
因此，电场强度E与电势差V之间的关系为E=-dV/dx，磁场强度B与安培环路定律有关，即B=μ₀I/2πr。
答案：电场强度E与电势差V之间的关系为E=-dV/dx，磁场强度B与安培环路定律有关，即B=μ₀I/2πr。
题1.2解析：该题考查对电场线和磁场线的基本理解。
电场线从正电荷出发，指向负电荷；磁场线从磁南极指向磁北极。
在非均匀磁场中，电荷的运动轨迹会受到磁场的影响，当电荷的运动速度与磁场垂直时，洛伦兹力提供向心力，使电荷沿磁场线运动。
答案：电场线从正电荷出发，指向负电荷；磁场线从磁南极指向磁北极。
在非均匀磁场中，电荷的运动轨迹会受到磁场的影响，当电荷的运动速度与磁场垂直时，洛伦兹力提供向心力，使电荷沿磁场线运动。
第二章电磁场的基本方程题2.1解析：该题考查对高斯定律的理解。
根据高斯定律，闭合曲面所包围的电荷量与该曲面上的电通量成正比，即∮E·dA=Q/ε₀。
其中，E为电场强度，dA为曲面元素，Q为曲面内的电荷量，ε₀为真空电容率。
答案：根据高斯定律，闭合曲面所包围的电荷量与该曲面上的电通量成正比，即∮E·dA=Q/ε₀。
题2.2解析：该题考查对法拉第电磁感应定律的理解。
根据法拉第电磁感应定律，感应电动势E与磁通量变化率ΔΦ/Δt成正比，即E=ΔΦ/Δt。
其中，E为感应电动势，ΔΦ为磁通量的变化量，Δt为时间变化量。
答案：根据法拉第电磁感应定律，感应电动势E与磁通量变化率ΔΦ/Δt成正比，即E=ΔΦ/Δt。
第三章电磁波的传播题3.1解析：该题考查对电磁波的基本理解。
电磁波是由振荡的电场和磁场组成的横波，其传播速度为光速c，波长λ与频率f之间的关系为c=λf。
电磁波在真空中的传播不受阻碍，但在介质中传播时，其速度会发生变化。
电磁学赵凯华第三第四章稳恒磁场
问题：磁作用不满足牛顿第三定律？本节思考题3
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4.磁感应强度矢量（磁场强度？） B
(1) 通过与电场强度的对比引入磁感应强度矢量
点电荷电场强度的引入
电流元磁感应强度的引入
两点电荷之间的库仑力
两电流元之间的安培力
F12
1
4 0
q1q2 r122
rˆ12
dF12
正确的安培定理数学表达式
dF12
k
I1 I 2dl2
(dl1 r122
rˆ12 )
该公式与安培实验结果相符（自行验证）
现在是14页\一共有66页\编辑于星期四
安培定理数学表达式说明见下页
安培定理数学 表达式的说明
I1 dl1
r12 F12
dF12
k
I1 I 2dl2
(dl1 r122
F
B
(6) B 的广义定义（电流元受力）
B大小： B dFmax / Idl
再由 dF Idl dB
唯一确定(见图)
B方向： 在dF=0时的电流元方向上。两个:θ=0,π
现在是23页\一共有66页\编辑于星期四
(7) B 的量纲、单位
dF
IdlB sin
B
dF
Idl sin
∴ 量纲：
第四章 (真空中)稳恒电流的磁场 magnetic field
§1. 磁的基本现象和规律
作业：p255思考题2
磁现象研究发展概要
习题6,10,20,25,30
1820年之前（库仑实验：1784--1785 ），人们认为磁和电是没有关系 的物理问题。 1820年丹麦人奥斯特的电流的磁效应揭示：运动的电产生磁 。发现的意义：电磁之间有相互联系。
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
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1 一根长直导线载有 5.0A直流电流,旁边有一个与它共面的矩形线圈ABCD,已知l=20cm,a=10cm,b=20cm;线圈共有N=1000匝,以v=3.0m/s的速度离开直导线,如图所示。
试求线圈中的感应电动势的大小与方向。
解:
2. 如图所示,无限长直导线中的电流为I,在它附近有一边长为2a的正方形线圈,可绕其中心轴以匀角速度旋转,转轴与长直导线的距离为b。
试求线圈中的感应电动势。
解:
3. 如图所示，一无限长的直导线中通有交变电流:，它旁边有一个与其共面的长方形线圈ABCD，长为l，宽为（）。
试求：（1）穿过回路ABCD的磁通量；（2）回路ABCD中的感应电动势。
解:
4.一无限长直导线，通电流为I。
在它旁边放有一矩形金属框，边长分别为a、b，电阻为R，如图所示。
当线圈绕轴转过180o时，试求流过线框截面的感应电量。
解:
5. 如图所示为具有相同轴线的两个导线回路，小线圈在大线圈上面x处，已知大、小线圈半径分别为R、r，且x>> R，故当大线圈中有电流I流动时，小线圈所围面积内（）
的磁场可近似视为均匀的。
设大小线圈在同轴情况下，其间距x以匀速变化。
试求：（1）穿过小线圈的磁通量和x之间的关系；（2）当x=NR时（N为一正数），小线圈内产生的感应电动势；（3）若v>0，小线圈内的感应电流的方向。
解:
6.如图所示，在均匀磁场B中放一很长的良导体线框，其电阻可忽略。
今在此线框上横跨一长度为l、质量为m、电阻为R的导体棒，并让其以初速度运动起来，忽略棒与线框之间的摩擦，试求棒的运动规律。
解:
7. 如图所示，在电阻为零，相距为l的两条平行金属导轨上，平行放置两条质量为m 电阻为R/2的匀质金属棒AB、CD，他们与导线相垂直，且能沿导轨做无摩擦的滑动。
整个装置水平地置于方向垂直向下的匀强磁场中，磁感应强度为B。
若不考虑感应电流的影响，今对AB施加一恒力F，使其从静止开始运动起来。
试求：导轨上感应电流恒定后的大小，以及两棒的相对速度。
解:
8.一金属棒OA在均匀磁场中绕过O点的垂直轴OZ作锥形匀角速旋转，棒OA长为，与OZ的夹角为，旋转角度为，磁感应强度为，方向与OZ的方向一致，如图
所示。
试求OA两端的电势差。
解:
9. 如图所示，一长为L的金属棒OA与载有电流I的无限长直导线共面，金属棒可绕端点O在平面内以角速度匀速转动。
试求当金属棒转至图示位置时（即棒垂直于长直导线），棒内的感应电动势。
解:
10. 如图所示，在均匀磁场中有一金属框架aOba，ab边可无摩擦自由滑动，已
知:，磁场随时间变化的规律为:。
若t=0时，ab边由x=0处开始以速率v作平行与X轴的匀速滑动。
试求任意时刻t金属框中感应电动势的大小
和方向。
解:
11. 如图所示，电磁“涡流”制动器由电导率为、厚度为t的圆盘组成，圆盘绕通过其中心的轴旋转。
覆盖面积为的磁场B垂直于圆盘，设面积在离轴r处。
当圆盘的角速度为时，圆盘将受转矩使其速度减慢。
试求转距M。
解:
12. 在无限长螺线管中，均匀分布变化的磁场B（t），设B以速率变化（，且为常量），方向与螺线管轴线平行，如图所示。
现在其中放置一直角导线abc。
若已知螺线管截面半径为R，，试求：（1）螺线管中的感生电场；（2）两段导线中的感生电动势。
解:
13.如图所示，在无限长直螺线管的磁场中放一段直导线ab，轴O到ab的垂直距离为h，垂足P为ab的中心，P对O点的张角为，试求ab上的感生电动势。
解:
14. 如图所示，将一个圆柱形金属块放在高频感应炉中加热，设感应炉产生的磁场是均匀的，磁感应强度的方根值为B，频率为f，金属柱的直径和高度分别为D和h，导电率为，金属柱的轴平行磁场。
设涡流产生的磁场可以忽略，试求金属柱内涡流产生的热功率。
解:
15. 如图（a）所示，一圆柱形区域内的匀强磁场B随时间t变化，磁场区域内在垂直于B的XOY平面上有一光滑的细空心管MN，他固定在X轴上相对Y轴对称，为磁场
区域中央轴与XY平面的交点，与之间的夹角为。
现在管内放有一质量为m、电量为+q的光滑小球。
时小球静止于M点。
设B的大小为:，
其中都为正的常量。
设B的这种变化规律恰好使小球在MN中心O点为中心，以OM为振幅作简谐震动。
试求小球作简谐震动的圆频率。
解:
16. 如图所示，二同轴无限长的导体薄壁圆筒，内筒的半径为，外筒的半径为，二
筒上均匀地流着方向相反的电流，电流的强度皆为。
试求二筒单位长度上的自感系数。
解:
:
17.如图所示，两根无限长载流导线互相平行，相距为，两导线中电流强度相同，但电流彼此反向。
在两平行无限长直导线所在的平面内有一半径为的圆环，环刚好在两平行长直导线之间并且彼此绝缘。
试求圆环与两平行长直导线之间的互感系数。
解:
18. 截面为矩形的螺绕环共有N匝，如图所示，在螺绕环的轴线上另放有一无限长直导线。
试求：（1）螺绕环的自感系数；（2）无限长直导线和螺绕环的互感系数.
解:
19. 一圆形线圈由50匝表面绝缘的细导线绕成，圆的面积为cm2，放在另一个
半径为R=20cm的大圆形线圈中心，两者同轴，如图所示。
大圆线圈由表面绝缘的导线绕成。
试求：（1）两线圈的互感系数M;（2）当大线圈导线中的电流以每秒减少50A时，小线圈中的感应电动势。
解:
20. 如图所示，一个半径为a的小线圈，开始时和一个半径为的大线圈共面
同心，大线圈通有一恒定电流，并保持不动，现使小线圈以角速度绕直径转动。
设小线圈的电阻为R。
试求：（1）两线圈的互感系数；（2）小线圈中的感应电流；（3）大线圈中的感生电动势。
解:
21. 如图所示，两线圈的自感系数分别为与，他们之间的互感系数为M。
试求两线圈串联时等效的总自感系数L。
解:
22.试求小电流线圈在磁场中的能量。
解:
23. 一根无限长直导线载有电流I，I均匀分布在它的横截面上，试求该导线内部单位长度的磁场能量。
解:
24. 如图所示，两根无限长的平行导线间的距离为20cm，导线的半径为10cm，在导线中保持恒定电流I=20A，但两导线中电流的方向相反。
试求:（1）两导线单位长度的自感系数L；（2）若将导线分开到相距40cm，磁场对导线单位长度所做的功；（3）移动后单位长度磁能的改变量。
解:
25. 一同轴线由无限长直导线和套在它外面的同轴圆桶构成，导线的半径为a，圆桶的半径为b，外半径为c，电流I由圆桶流去，有导线流回；在他们的横截面上，电流是均匀分布的。
试求：（1）导线内，导线和圆筒之间、圆筒内、圆筒外，每米长度内的磁能密度wm；（2）当时a=1.0mm，b=4.0mm,c=5.0mm,I=10A每米长度的同轴线中储存磁能多少？
解:。