大学物理规范作业(本一)13解答

大学物理13章习题详细答案（供参考）习题1313-3．如习题13-3图所示，把一块原来不带电的金属板B 移近一块已带有正电荷Q 的金属板A ，平行放置。

设两板面积都是S ，板间距为d ，忽略边缘效应，求：(1)板B 不接地时，两板间的电势差。

(2)板B 接地时，两板间的电势差。

[解] (1)两带电平板导体相向面上电量大小相等符号相反，而相背面上电量大小相等符号相同，因此当板B 不接地，电荷分布为因而板间电场强度为SQ E 02ε=电势差为SQdEd U 0AB 2ε== (2) 板B 接地时，在B 板上感应出负电荷，电荷分布为故板间电场强度为 SQ E 0ε=电势差为 SQdEd U 0AB ε== 13-4 两块靠近的平行金属板间原为真空。

使两板分别带上面电荷密度为σ0的等量异号电荷，这时两板间电压为U 0=300V 。

保持两板上电量不变，将板间空间一半如图习题13-4图所示充以相对电容率为εr =5的电介质，试求（1）金属板间有电介质部分和无电介质部分的E,D 和板上的自由电荷密度σ；（2）金属板间电压变为多少？电介质上下表面束缚电荷面密度多大？13-5．如习题13-5图所示，三个无限长的同轴导体圆柱面A 、B和C ，半径分别为R A 、R B 、R C 。

圆柱面B 上带电荷，A 和C 都接地。

求B 的内表面上线电荷密度λ1和外表面上线电荷密度λ2之比值λ1/λ2。

[解] 由A 、C 接地 BC BA U U = 由高斯定理知r E 01I 2πελ-=rE 02II 2πελ= 因此 AB BC 21ln :ln:R R R R =λλ 13-6．如习题13-6图所示，一厚度为d 的无限大均匀带电导体板，单位面积上两表面带电量之和为σ。

试求离左表面的距离为a 的点与离右表面的距离为b 的点之间的电势差。

[解] 导体板内场强0=内E ，由高斯定理可得板外场强为故A 、B 两点间电势差为13-7．为了测量电介质材料的相对电容率，将一块厚为B A-Q/2Q/2Q/2Q/2A B -QQIII ⅠⅡⅢBA1.5cm 的平板材料慢慢地插进一电容器的距离为2.0cm 的两平行板中间。

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3.质量为0.05kg的小球，置于一光滑水平桌面上。细绳 一端连接此小球，另一端穿过桌面中心的小孔。设小 球原来以3rad·s-1 的角速度在距孔为0.2m的圆周上运动， 今将绳沿小孔缓慢往下拉，使该小球的转动半径减少 到0.1m，则此时小球的角速度=______1_2_r_a_d_·s_-。1
GMmR1 R2
R1R2
20
二、填空题 1.己知地球半径为R，质量为M。现有一质量为m的物
体处在离地面高度2R处，以地球和物体为系统，如取 地面的引力势能为零，则系统的引力势能为 2GMm；如
3R
取无穷远处的引力势能为零，则系统的引力势能
为 GMm
。
3R
解:
势0 的 能点 为 M m R Mm
当t=1秒时，其切向加速度的大小a t = 4
；法
向解加：a r 速 度d2 的v t2 大 i 4 小 ic an=o 2tc js 2 ot jsv 。d dr t4tisint j
dt
根据曲线运动的加速度为
at d dvtd(
位移为矢量 根据
r
t3 0
v(t)dt
得到B是正确的
在t1时刻，斜率为零，加速度为0。在0-t3过程
中，加速度是变化的。
3
2.物体通过两个连续相等位移的平均速度分别为
v 1 =10m/s, v 2 =15m/s，若物体作直线运动，则在整
个过程中物体的平均速度为【 A 】
(A) 12 m/s
解（：A ）E Gk MRm 2 A （ B）R R 1 2G MRmG 22 M （r3C）r Gd m Mr m RR1 1R R R1 2 R2( 2 （G DM ）r2G)Md mm R1Rr 12R2

R1
r3
R 3R
(G
Mm r2
)dr
3R
Em A
R2 R1
G
Mm r3
r
dr
(G Mm )dr
3R
r2
GMm
3R
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2.一链条长度为L,质量为m , 链条的一端放在桌面上， 并桌用面手上拉要住做，功另A=一端有1/14悬m。在gL桌边，将链条全部拉到
32 解法1：将链条全部拉到桌面上做功的效果 就是使悬在桌边链条的重力势能增加，
比， dv kv 2 ，式中k为正常数，求快艇在关闭发动机
dt
后行驶速度与行驶距离的关系。
解： 作一个变量代换
a kv 2 dv dv dx v dv dt dx dt dx
得到： kv dv kdx dv
dx
v
积分得到： k x ln v v0
v0为初始速度
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2.质量为m的物体放在光滑的水平面上，物体的两边 分别与劲度系数k1和k2的弹簧相连。若在右边弹簧的
末端施以拉力F,问(1)该拉力F非常缓慢地拉过距离l，F
做功多少？（2）瞬间拉到l便停止不动,F做的功又为 多少？
解：（1）拉力作功只增加二弹 簧的弹性势能。
k2l2 l1
k1l1 l2 l
当t=1秒时，其切向加速度的大小at = 4
；法
向解加：ar速度d2的vt 2大i4小i
an= 2
costj
2 cos tj
v
。 dr
dt
4ti sin tj
dt
根据曲线运动的加速度为
at
dv dt

an a sin a
,
9
2．路灯距地面的高度为h1 ，一身高为h2 （ h2 < h1 ）的 人在路灯下以匀速v1沿直线行走。试证明其头顶在地面 的影子作匀速运动，并求其速度v2 。 解： 如图建立坐标系，设任意时刻t，人所在的点的坐 标为 x1 其头顶M在地面的投影点的坐标为x。 h2 x x1 h1 x1 即： x 由几何关系，有： h1 h2 h1 x
GM 可得：v R
地球绕太阳作圆周运动，有：
L Rmv m GMR
6
6.用一绳子将质量为m的物体以g/4 的匀加速度放下一段 -3mgd/4 距离d , 绳子对物体做的功为________________。 解: 取y轴竖直向下，受力情况如图，
g mg F ma m 4 3mg F 4 3 A F dr Fd mgd 4
2 r2 r1 r2
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m0 v0 m0 v0 (m0 m)v, v m0 m
x
m0 m, v v0
如图建立坐标系，设x为铁钉进入木板的深度，则 木板对铁钉的阻力为：
F f kx
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设铁锤两次锤击时铁钉进入木板的深度分别为s1和 s2，根据动能定理，有： s1 1 2 1 2 0 mv0 kxdx ks1 0 2 2
为时间。t = 0时该质点以 v 2 j (SI)的速度通过坐标原 2 3 r t i 2tj (SI) 点，则该质点任意时刻的位置矢量是______________。 3 F 解： a 4ti , ax 4t , a y 0 m t = 0时 x0 0, y0 0, vx 0 0, v y 0 2m / s