11 22例題習題答案

2022-12-02 22:48:05 字數 3711 閱讀 9890

第十一章靜電場

例題答案:

11—1. b; 11—2. b; 11—3. b

11—4. ;從o點指向缺口中心點

11—5沿矢徑op

11—6. d

11—7. 向右 ; 向右

11—8. (見書上)

11—9. d; 11—10. c; 11—11. c

11—12. 45 v —15 v

11—13-14. (見書上)

11—15. 無答案

練習題答案:

11—1. 證明:設桿的左端為座標原點o,x軸沿直杆方向.

帶電直杆的電荷線密度為λ=q/l,

在x處取一電荷元dq =λdx = qdx/l, (2分)

它在p點的場強:

總場強為:

11—2. q / ε0, 0

11—3. -σ / (2ε0), 3σ / (2ε0)

11—4. b

11—5. 解:在任意位置x處取長度元dx,其上帶有電荷dq=λ0 (x-a)dx

它在o點產生的電勢

o點總電勢

11—6. 解:在圓盤上取一半徑為r→r+dr範圍的同心圓環.其面積為 ds=2πrdr

其上電荷為 dq=2πσrdr

它在o點產生的電勢為

總電勢11—7. 解:設導線上的電荷線密度為λ,與導線同軸作單位長度的、半徑為r的(導線半徑r1<r<圓筒半徑r2)高斯圓柱面,則按高斯定理有 2πre = / ε0

得到 e = / (2πε0r) (r1<r<r2方向沿半徑指向圓筒.

導線與圓筒之間的電勢差

則代入數值,則:

(1) 導線表面處 =2.54 ×106 v/m

(2) 圓筒內表面處 =1.70×104 v/m

11—8. 解:設小球滑到b點時相對地的速度為v,槽相對地的速度為v.小球從a→b過程中球、槽組成的系統水平方向動量守恆 mv+mv=0

對該系統,由動能定理 mgr-eqr=mv2+mv2

①、②兩式聯立解出方向水平向右

方向水平向左.

11—9. 解:設無窮遠處為電勢零點,則a、b兩點電勢分別為

q由a點運動到b點電場力作功

注:也可以先求軸線上一點場強,用場強線積分計算.

11—10. 解: (1) 球心處的電勢為兩個同心帶電球面各自在球心處產生的電勢的疊加,即

8.85×10-9 c / m2

(2) 設外球面上放電後電荷面密度為,則應有= 0

即外球面上應變成帶負電,共應放掉電荷

6.67×10-9 c

第十二章導體電學

例題答案:

12—1. d

12—2. c

12—3. (c)沒答案

12—4. –q, 球殼外的整個空間

12—5. ,

12—6

12-7. c

12-8-9. (見書上)

練習題答案:

12—1. c=712uf(沒過程)

12—2 解:三塊無限大平行導體板,作高斯面如圖,知:e1=1 0,e2=2 0

∴左邊兩極板電勢差u1=1d1 0,

右邊兩極板電勢差u2=e2d2=2d2 0,而u1=u2,則1 2= d2 d1。

12—3. d

12—4. c

12—5. 證明:在導體殼內部作一包圍b的內表面的閉合面,如圖.設b內表面上帶電荷q2′,按高斯定理,因導體內部場強e處處為零,故

根據電荷守恆定律,設b外表面帶電荷為,則

由此可得

第十三章電介質

例題答案:

13—1. b

13—2. (b)

13—3. (c)

13—4. r , r

13—5. (見書上)

13—6. c

練習題答案:

13—1 = 147 kv

[解]:設圓柱形電容器單位長度上帶有電荷為λ,則電容器兩極板之間的場強分布

為設電容器內外兩極板半徑分別為r0,r,則極板間電壓為

電介質中場強最大處在內柱面上,當這裡場強達到e0時電容器擊穿,這時應有

適當選擇r0的值,可使u有極大值,即令

得顯然有 < 0, 故當時電容器可承受最高的電壓

= 147 kv

13—2

[解]:因為所帶電荷保持不變,故電場中各點的電位移向量保持不變,

又因為介質均勻,∴電場總能量

13—3[解]:設某瞬時球上帶電q,電勢為u,將dq自處移至球面,外力做功等於的電勢能增量dw,即dw=udq。球上電量由q=0q,外力作的總功為球末態的電勢能(即球帶電q的總靜電能)。

所以w====。

13—4(1)u=1000v, = 5106j (2)we= 5.0106j

由於把帶電的兩面三刀極板拉開時外力需克服電場力作功,這部分外力所作的功就轉化為電場能量了

4. [解] (1)電容器充電後斷開電源,則極板上所帶的電量不變。故極板間的電勢差和電場能量分別為==1000v, 5106j。

(2)設極板原間距為d,增大為2d時,相應的電容量要變小,其值為c=0s2d=c2。而此時極板所帶電量仍然不變。電場總能量改變為we=q2 2c= q2 c

1.0105j,電場能量的增加量為we= we–we=5.0106j,由於把帶電的兩面三刀極板拉開時,外力需克服電場力作功,這部分外力所作的功就轉化為電場能量了。

13—5 vmax= =。

[解](1)設該球形電容器帶有電量,則兩球殼間場強分布為 r1rr2

由此可知,當r趨近於r1時,場強值增大。要使電容器不被擊穿,eeb,在取極限值e=eb時,有eb= 得:,兩球間所允許的最大電勢差為:vmax=

==。(2)方法一:在r1rr2內取半徑r厚度dr的薄層殼內電能密度we=e2=均勻分布在薄層中,此薄球殼能量,dw=4r2dr we,電容器能貯存的最大靜電能為

we===。

方法二:此電容c=,∴we== (eb4r12)2=。

例題答案:

例14-1:解:令、、和分別代表長直導線1、2和三角形框ac、cb邊和ab邊中的電流在o點產生的磁感強度.則

:由於o點在導線1的延長線上,所以= 0

:由畢-薩定律

式中方向:垂直紙面向裡.

和:由於ab和acb併聯,有

又由於電阻在三角框上均勻分布,有

由畢奧-薩伐爾定律,有且方向相反

∴ ,的方向垂直紙面向裡.

例14-2:解:利用無限長載流直導線的公式求解

(1) 取離p點為x寬度為dx的無限長載流細條,它的電流

(2) 這載流長條在p點產生的磁感應強度

方向垂直紙面向裡

(3) 所有載流長條在p點產生的磁感強度的方向都相同,所以載流平板在p點產生的磁感強度

方向垂直紙面向裡.

例14-3:解的方向與y軸正向一致.

例14-4:解:由畢奧-薩伐爾定律可得,設半徑為r1的載流半圓弧在o點產生的磁感強度為b1,則。 同理

故磁感強度

例14-5: c

例14-6: 環路l所包圍的所有穩恆電流的代數和環路l上的磁感強度

例14-7:證明:由安培定律,ab整曲線所受安培力為

因整條導線中i是一定的量,磁場又是均勻的,可以把i和提到積分號之外,即 ,載流相同、起點與終點一樣的曲導線和直導線,處在均勻磁場中,所受安培力一樣.

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