下载文档原格式
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。
第一章质点运动学1、(习题1.1)：一质点在xOy 平面内运动，运动函数为2x =2t,y =4t 8-。
（1）求质点的轨道方程；（2）求t =1 s t =2 s 和时质点的位置、速度和加速度。
解：（1）由x=2t 得，y=4t 2-8 可得： y=x 2-8 即轨道曲线 （2）质点的位置 ： 22(48)r ti t j =+- 由d /d v r t =则速度： 28v i tj =+ 由d /d a v t =则加速度： 8a j =则当t=1s 时，有 24,28,8r i j v i j a j =-=+= 当t=2s 时，有 48,216,8ri j v i j a j =+=+=2、（习题1.2）： 质点沿x 在轴正向运动，加速度kv a -=，k 为常数．设从原点出发时速度为0v ，求运动方程)(t x x =.解：kv dt dv-= ⎰⎰-=t vv kdt dv v 001 tk e v v -=0t k e v dtdx-=0 dt ev dx tk tx-⎰⎰=000)1(0t k e kv x --=3、一质点沿x 轴运动，其加速度为a = 4t (SI)，已知t = 0时，质点位于x 0=10 m 处，初速度v 0 = 0．试求其位置和时间的关系式． 解： =a d v /d t 4=t d v 4=t d t ⎰⎰=vv 0d 4d tt t v 2=t 2v d =x /d t 2=t 2t t x txx d 2d 020⎰⎰= x 2= t 3 /3+10 (SI)4、一质量为m 的小球在高度h 处以初速度0v 水平抛出，求：（1）小球的运动方程；（2）小球在落地之前的轨迹方程； （3）落地前瞬时小球的d d r t ，d d v t ，tv d d . 解：（1） t v x 0= 式（1）2gt 21h y -= 式（2） 201()(h -)2r t v t i gt j =+（2）联立式（1）、式（2）得 22v 2gx h y -=（3）0d -gt d rv i j t = 而落地所用时间 gh2t = 所以 0d -2gh d r v i j t =d d v g j t=- 2202y 2x )gt (v v v v -+=+= 2120212202)2(2])([gh v gh g gt v t g dt dv +=+=5、 已知质点位矢随时间变化的函数形式为22r t i tj =+，式中r 的单位为m ，t 的单位为s .求：（1）任一时刻的速度和加速度；（2）任一时刻的切向加速度和法向加速度。
第一章质点运动学1、(习题1.1)：一质点在xOy 平面内运动，运动函数为2x =2t,y =4t 8-。
（1）求质点的轨道方程；（2）求t =1 s t =2 s 和时质点的位置、速度和加速度。
解：（1）由x=2t 得，y=4t 2-8 可得： y=x 2-8 即轨道曲线 （2）质点的位置 ： 22(48)r ti t j =+- 由d /d v r t =则速度： 28v i tj =+ 由d /d a v t =则加速度： 8a j =则当t=1s 时，有 24,28,8r i j v i j a j =-=+= 当t=2s 时，有48,216,8r i j v i j a j =+=+=2、（习题1.2）： 质点沿x 在轴正向运动，加速度kv a -=，k 为常数．设从原点出发时速度为0v ，求运动方程)(t x x =.解： kv dt dv-= ⎰⎰-=t vv kdt dv v 001 tk e v v -=0t k e v dtdx-=0 dt e v dx t k tx-⎰⎰=000)1(0t k e kv x --=3、一质点沿x 轴运动，其加速度为 a t (SI)，已知t 0时，质点位于x处，初速度v ．试求其位置和时间的关系式．解：=a d v /d t 4=t d v 4=t d t⎰⎰=vv 0d 4d tt t v 2=t 2v d =x /d t 2=t 2t t x txx d 2d 020⎰⎰= x 2= t 3 /3+10 (SI)4、一质量为m 的小球在高度h 处以初速度0v 水平抛出，求：（1）小球的运动方程；（2）小球在落地之前的轨迹方程； （3）落地前瞬时小球的d d r t ，d d v t ，tv d d . 解：（1） t v x 0= 式（1）2gt 21h y -= 式（2） 201()(h -)2r t v t i gt j =+（2）联立式（1）、式（2）得 22v 2gx h y -=（3）0d -gt d rv i j t = 而落地所用时间 gh2t = 所以0d -2g h d r v i j t =d d v g j t =- 2202y 2x )gt (v v v v -+=+= 2120212202)2(2])([gh v gh g gt v t g dt dv +=+= 5、 已知质点位矢随时间变化的函数形式为22r t i tj =+，式中r 的单位为m ，t 的单位为s .求：（1）任一时刻的速度和加速度；（2）任一时刻的切向加速度和法向加速度。
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。
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 。
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。
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。
简谐运动1 简谐运动中，0=t 的时刻是 （ B ）（A ）质点开始运动的时刻 （B ）开始观察计时的时刻（C ）离开平衡位置的时刻 （D ）速度等于零的时刻2 简谐运动的x －t 曲线如图所示，则简谐运动周期为（B ）（A ）2.62s （B ）2.40s （C ）0.42s （D ）0.382s3 有一个用余弦函数表示的简谐运动，若其速度v 与时间t 的关系曲线如图所示，则该简谐运动的初相位为 （A ）（A ）π/6（B ）π/3（C ）π/2（D ）/32π4 作简谐运动的某物体的位移—时间图线如图所示，下面哪个图线是简谐运动的加速度图线（ B ）5 一弹簧振子系统竖直挂在电梯内,当电梯静止时,振子的频率为,现使电梯以加速度a 向上作匀加速运动,则弹簧振子的频率将 ( A )（A ）不变 （B ）变大 （C ）变小 （D ）变大变小都有可能6 将一个弹簧振子分别拉离平衡位置1cm 和2cm 后，由静止释放（弹性形变在弹性限度内），则它们作简谐运动时的 （ A ）（A ）周期相同 （B ）振幅相同（C ）最大速度相同 （D ）最大加速度相同7 一弹簧振子的固有频率为υ，若将弹簧剪去一半，振子质量也减半，组成新的弹簧振子，则新的弹簧振子的固有频率等于 （D ）（A ）υ （B ）2/2υ （C ）υ2 （D ）υ28 两个完全相同的弹簧下挂着两个质量不同的振子，若它们以相同的振幅作简 谐运动，则它们的 （C ） （A ）周期相同 （B ）频率相同 （C ）振动总能量相同 （D ）初相位必相同9 如图所示，一下端被夹住的长带形钢弹簧的顶端固定着一个2千克的小球。
把球移到一边的0.1米处需要4牛顿的力。
当球被拉开一点然后释放时，小球就作简谐运动，其周期是多少秒 （C ）（A ）0.3（B ）0.7（C ）1.4（D ）2.210 有两个沿x 轴作简谐运动的质点，其频率、振幅相同，当第一个质点自平衡位置向负方向运动时，第二个质点在2A x -=处（A 为振幅）也向负方向运动，则两者的相位差12ϕϕ-为 （C ） （A ）2π （B ）3π2 （C ）6π （D ）6π5 11 将单摆从平衡位置拉开，使摆线与竖直方向成α度角)5(o <，然后放手，让其作简谐运动，并开始计时，选拉开方向为x 的方向，且以)cos(ϕω+=t A x 来表示它的振动方程，则 （B ）（A ）αϕ= （B ）0=ϕ （C ）2π=ϕ （D ）πϕ= 12 以单摆计时的时钟在地球上走时是准确的，即它在地球上走24小时，时间确实过了一天。
第11章 热力学基础 习题及答案1、 内能和热量的概念有何不同？下面两种说法是否正确？（1） 物体的温度越高，则热量越多； （2） 物体的温度越高，则内能越大。
答：内能是组成物体的所有分子的动能与势能的总和。
热量是热传递过程中所传递的能量的量度。
内能是状态量，只与状态有关而与过程无关，热量是过程量，与一定过程相对应。
（1） 错。
热量是过程量，单一状态的热量无意义。
（2） 对。
物体的内能与温度有关。
2、V p -图上封闭曲线所包围的面积表示什么?如果该面积越大，是否效率越高? 答：封闭曲线所包围的面积表示循环过程中所做的净功．由于1Q A 净=η，净A 面积越大，效率不一定高，因为η还与吸热1Q 有关． 3、评论下述说法正确与否?(1)功可以完全变成热，但热不能完全变成功；(2)热量只能从高温物体传到低温物体，不能从低温物体传到高温物体．(3)可逆过程就是能沿反方向进行的过程，不可逆过程就是不能沿反方向进行的过程．答：(1)不正确．有外界的帮助热能够完全变成功；功可以完全变成热，但热不能自动地完全变成功； (2)不正确．热量能自动从高温物体传到低温物体，不能自动地由低温物体传到高温物体．但在外界的帮助下，热量能从低温物体传到高温物体．(3)不正确．一个系统由某一状态出发，经历某一过程达另一状态，如果存在另一过程，它能消除原过程对外界的一切影响而使系统和外界同时都能回到原来的状态，这样的过程就是可逆过程．用任何方法都不能使系统和外界同时恢复原状态的过程是不可逆过程．有些过程虽能沿反方向进行，系统能回到原来的状态，但外界没有同时恢复原状态，还是不可逆过程． 4、用热力学第一定律和第二定律分别证明，在V p -图上一绝热线与一等温线不能有两个交点．题4图解：（1）由热力学第一定律有 A E Q +∆= 若有两个交点a 和b ，则经等温b a →过程有 0111=-=∆A Q E 经绝热b a →过程 012=+∆A E 012<-=∆A E从上得出21E E ∆≠∆，这与a ,b 两点的内能变化应该相同矛盾．（2）若两条曲线有两个交点，则组成闭合曲线而构成了一循环过程，这循环过程只有吸热，无放热，且对外做正功，热机效率为%100，违背了热力学第二定律． 5、一循环过程如图所示，试指出： (1)ca bc ab ,,各是什么过程； (2)画出对应的V p -图； (3)该循环是否是正循环?(4)该循环作的功是否等于直角三角形面积?(5)用图中的热量ac bc ab Q Q Q ,,表述其热机效率或致冷系数．题5图 题6图解：(1) a b 是等体过程bc 过程：从图知有KT V =，K 为斜率由vRT pV = 得 KvRp =故bc 过程为等压过程ca 是等温过程(2)V p -图如图(3)该循环是逆循环(4)该循环作的功不等于直角三角形面积，因为直角三角形不是V p -图中的图形．(5) abca bc abQ Q Q Q e -+=6、两个卡诺循环如图所示，它们的循环面积相等，试问： (1)它们吸热和放热的差值是否相同； (2)对外作的净功是否相等； (3)效率是否相同?答：由于卡诺循环曲线所包围的面积相等，系统对外所作的净功相等，也就是吸热和放热的差值相等．但吸热和放热的多少不一定相等，效率也就不相同．7、4.8kg 的氧气在27.0℃时占有1000m³的体积，分别求在等温、等压情况下，将其体积压缩到原来的1/2所需做的功、所吸收的热量以及内能的变化。
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1s 及2s ，求A 板与B 面之电势差。
(2)若A 板带电量为Q ，求1s 及2s 。
(1)d Sq U 0212/εσσ-+=；（2）S q Q 21+=σ，S q Q 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 --醋。
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1j 及2j ；(2)两球的电势差j D ；(3)用导线把球和壳连接在一起后，1j ，2j 及j D 分别为多少？ (4)在情形(1)、(2)中，若外球接地，1j ，2j 和j D 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 q R 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r )，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 aQ E 304πε=；a r b >>，204rQ 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 ，()204r q 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2d R =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 e ，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s ¢。
解：(1) R r <，0=E ，0=D ，bQ bQ aQ aQ RQ r r 0000044444πεεπεεπεπεπεϕ+-+-=；R r a >>，204r Q E πε=，24r Q D π=，bQb Q a Q a Q r Q r r 0000044444πεεπεεπεπεπεϕ+-+-=； a r b >>，24r Q D π=，204r Q E r επε=，bQb Q r Q r r 000444πεεπεεπεϕ+-=； b r >，204r Q E πε=，24r Q D π=，rQ04πεϕ=； (2) ()241r Q P r πε-=，介质内表面()241a Q r πεσ--='介质外表面()241bQr 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q ，如习题12-9图所示。
已知板的相对介电常数是r e ，求板面的面束缚电荷密度。
y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 100E rr -=' 12-10 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1e ，外层介电常量为()2212e e e =，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 j= 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 <，max 2E >max 1E ，因而介质2先击穿。
m E rE ==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-⨯=λ11-12 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 -=醋（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j D ，板间放有一层厚为t 的介质，其相对介电常量为r e ，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r1e 和r2e ，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，习题11-13图导线单位长度上带有自由电荷0l ；外筒是导体，斜线部分是相对介电常量分别为r1e 和r2e 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rE 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 r R <<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.C -´V 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=r ε11-18 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，从而给出相应的信习题11-15图习题11-16图习题11-18图号。
