赵凯华电磁学第三版磁介质共69页
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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。
1.如图所示,一根细长的永磁棒沿轴向均匀磁化,磁化强度为。
试求图中表示的1、2、3、4、5、6、7各点的磁感应强度和磁场强度。
解永磁体被磁化,可以认为表面出现磁化电流,由磁化电流与磁化强度的关系,可知。
并且磁化电流产生的磁感应强度可与一细长螺线管产生的磁场等效,所以由细长螺线管磁场分布可知,在细长螺线管轴线上,其端部的磁感应强度恰为其中部的一半,故表明磁感应线连续。
因为沿方向的投影式为所以表明磁场不连续。
2有一圆柱形无限长载流导体,其相对磁导率为,半径为,今有电流沿轴线方向均匀分布,试求: 导体内任一点的 ; (2)导体外任一点的 ; (3)通过长为的圆柱体的纵截面的一半的磁通量。
解 (1)在导体内过距轴线为 的任一点作一个与轴垂直,圆心在轴线上,半径为 的圆周作为积分线路,如图所示。
此圆周与磁场线重合,而且沿圆周 是常数。
故得根据含介质的安培环路定理因导体内电流均匀分布,所以电流密度为在半径为 的截面中所以 ,则(2)在导体外任一点 ,以过这一点而圆心在轴线上的圆周作为积分线路,同样得因 ,故 ,所以 ,(3)如图所示,通过长为的圆柱体纵截面的一半的磁通量为3同轴电缆由两同心导体组成,内层是半径为的导体圆柱,外层是半径分别为、的导体圆筒,如图所示。
两导体内电流等量而反向,均匀分布在横截面上,导体的相对磁导率为,两导体间充满相对磁导率为的不导电的均匀磁介质。
试求在各区域中的分布。
解:对称性分析可知,在半径相等处的磁场强度大小相等,方向与电流方向成右手螺旋关系。
可用含介质时的安培环路定理求得,再由、之间的关系求得分布。
在中,,所以在中所以在中所以在中,, 各区域的方向与内层导体圆柱中的电流方向成右手螺旋关系。
4 一铁环外均匀绕有绝缘导线,导线中通有恒定电流,今若在环上开一条狭缝。
试求:(1)开狭缝前后,铁环中的,和如何变化;(2)铁环与缝隙中的,和。
解由高斯定理可知,磁场中磁感应强度总是闭合曲线,而磁场强度线却不一定连续;的环流是由回路中的传导电流决定的,而的环流是由回路中的传导电流和磁化电流(也称束缚电流)共同决定的。