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物理部分课后习题答案（标有红色记号的为老师让看的题）27页 1-2 1-4 1-121-2 质点的运动方程为22,(1)x t y t ==-，,x y 都以米为单位，t 以秒为单位，求：（1） 质点的运动轨迹；（2） 从1t s =到2t s =质点的位移的大小； （3） 2t s =时，质点的速度和加速度。
解：（1）由运动方程消去时间t 可得轨迹方程，将t =21)y =或1=（2）将1t s =和2t s =代入，有11r i =， 241r i j =+213r r r i j =-=-位移的大小 231r =+= （3） 2x dxv t dt== 2(1)y dy v t dt==-22(1)v ti t j =+-2xx dv a dt==， 2y y dv a dt == 22a i j =+当2t s =时，速度和加速度分别为42/v i j m s =+22a i j =+ m/s 21-4 设质点的运动方程为cos sin ()r R ti R t j SI ωω=+，式中的R 、ω均为常量。
求（1）质点的速度；（2）速率的变化率。
解 （1）质点的速度为sin cos d rv R ti R t j dtωωωω==-+ （2）质点的速率为v R ω==速率的变化率为0dvdt= 1-12 质点沿半径为R 的圆周运动，其运动规律为232()t SI θ=+。
求质点在t 时刻的法向加速度n a 的大小和角加速度β的大小。
解 由于 4d t dtθω== 质点在t 时刻的法向加速度n a 的大小为2216n a R Rt ω==角加速度β的大小为 24/d rad s dtωβ==77页2-15, 2-30， 2-34，2-15 设作用于质量1m kg =的物体上的力63()F t SI =+，如果物体在这一力作用下，由静止开始沿直线运动，求在0到2.0s 的时间内力F 对物体的冲量。
第1章 质点运动学一、选择题 题1.1 ： 答案：[B]提示：明确∆r 与r ∆的区别题1.2： 答案：[A]题1.3： 答案：[D]提示：A 与规定的正方向相反的加速运动， B 切向加速度， C 明确标、矢量的关系，加速度是d dtv题1.4： 答案：[C] 提示： 21r r r ∆=-，12,R R r j ri ==-，21v v v ∆=-，12,v v v i v j =-=-题1.5： 答案：[D]提示：t=0时，x=5； t=3时，x=2得位移为-3m ；仅从式x=t 2-4t+5=(t-2)2+1，抛物线的对称轴为2，质点有往返题1.6： 答案：[D]提示：a=2t=d dt v，2224t v tdt t ==-⎰，02tx x vdt -=⎰，即可得D 项题1.7：答案：[D]北v 风v 车1v 车2提示： 21=2v v 车车，理清=+v v v 绝相对牵的关系二、填空题 题1.8：答案： 匀速(直线)，匀速率题1.9：答案：2915t t -，0.6 提示： 2915dxv t t dt==-，t=0.6时，v=0题1.10：答案：（1）21192y x =-（2）24t -i j 4-j（3）411+i j 26-i j 3S提示： (1) 联立22192x t y t=⎧⎨=-⎩，消去t 得：21192y x =-，dx dydt dt =+v i j (2) t=1s 时，24t =-v i j ，4d dt==-va j (3) t=2s 时，代入22(192)x y t t =+=+-r i j i j 中得411+i j t=1s 到t=2s ，同样代入()t =r r 可求得26r∆=-i j ，r 和v 垂直，即0∙=r v ，得t=3s题1.11： 答案：212/m s 提示：2(2)2412(/)dv d x a v x m s dt dt=====题1.12： 答案：1/m sπ提示： 200t dvv v dt t dt =+=⎰，11/t vm s ==，201332tv dt t R θπ===⎰，r π∆==题1.13：答案：2015()2t v t gt -+-i j 提示： 先对20(/2)v t g t =-r j 求导得，0()y v gt =-v j 与5=v i 合成得05()v gt =-+-v i j 合 201=5()2t v t gt -+-∴⎰r v i j t合0合dt=题1.14： 答案：8, 264t提示：8dQ v R Rt dt τ==，88a R τ==，2264n dQ a R t dt ⎛⎫== ⎪⎝⎭三、计算题 题1.15：解：（1）3t dv a t dt == 003v tdv tdt =∴⎰⎰ 232v t ∴= 又232ds v t dt == 20032stds t dt =∴⎰⎰ 312S t =∴ （2）又S R θ= 316S tRθ==∴（3）当a 与半径成45角时，n a a τ=2434n v a t R == 4334t t =∴t =∴题1.16：解：（1）dv a kv dt ==- 0v tdv kdt v =-∴⎰⎰， 0ln v kt v =-（*） 当012v v =时，1ln 2kt =-，ln 2t k=∴ （2）由（*）式：0ktv v e-=0kt dxv e dt -=∴，000xtkt dx v e dt -=⎰⎰ 0(1)kt v x e k-=-∴第2章 质点动力学一、选择题 题2.1： 答案：[C]提示：A ．错误，如：圆周运动B ．错误，m =p v ，力与速度方向不一定相同 D ．后半句错误，如：匀速圆周运动题2.2： 答案：[B]提示：y 方向上做匀速运动：2y y S v t t == x 方向上做匀加速运动（初速度为0），Fa m=22tx v a d t t ==⎰，223tx x t S v dt ==⎰ 2223t t =+∴S i j题2.3： 答案：[B]提示：受力如图MgF杆'F 猫mg设猫给杆子的力为F ，由于相对于地面猫的高度不变'F mg = 'F F = 杆受力 1()F Mg F M m g =+=+ 1()F M m g a M M+==题2.4 ：答案：[D] 提示：a a A22A BA B m g T m a T m a aa ⎧⎪-=⎪=⎨⎪⎪=⎩ 得45A a g = （2A B a a =，通过分析滑轮，由于A 向下走过S ，B 走过2S） 2A B a a =∴题2.5： 答案：[C]提示： 由题意，水平方向上动量守恒， 故 0(cos 60)()1010m mv m v =+ 共 0=22v v 共题2.6： 答案：[C] 提示：RθθRh-R由图可知cos h RRθ-=分析条件得，只有在h 高度时，向心力与重力分量相等所以有22cos ()mv mg v g h R Rθ=⇒=- 由机械能守恒得（以地面为零势能面）22001122mv mv mgh v =+⇒=题2.7： 答案：[B]提示： 运用动量守恒与能量转化题2.8： 答案：[D] 提示：v v y由机械能守恒得2012mgh mv v =⇒=0sin y v v θ=sin Gy Pmgv mg ==∴题2.9： 答案： [C]题2.10： 答案： [B]提示： 受力如图fT F由功能关系可知，设位移为x （以原长时为原点）2()xF mg Fx mgx kxdx x kμμ--=⇒=⎰弹性势能 2212()2p F mg E kx kμ-==二、填空题题2.11: 答案：2mb提示： '2v x bt == '2a v b == 2F m a m b==∴题2.12：答案：2kg 4m/s 2 提示：4N 8Nxy 0由题意，22/x a m s = 4x F N =8y F N = 2Fm k g a== 24/y y F a m s m==题2.13： 答案：75，1110提示： 由题意，32()105F a t m ==+ 27/5v adt m s ⇒==⎰ 当t=2时，1110a =题2.14： 答案：180kg提示：由动量守恒，=m S -S m 人人人船相对S （）=180kg m ⇒船题2.15： 答案：11544+i j 提示：各方向动量守恒题2.16：答案： ()mv +i j ，0，-mgR提示：由冲量定义得 ==()()mv mv mv --=+I P P i j i j 末初- 由动能定律得 0k k E W E ∆=⇒∆=，所以=0W 合 =W m g R -外题2.17： 答案：-12提示：3112w Fdx J -==⎰题2.18：答案： mgh ，212kx ，Mm G r - h=0，x=0，r =∞ 相对值题2.19： 答案： 02mgk ，2mg，题2.20： 答案： +=0A∑∑外力非保守力三、计算题 题2.21：解：（1）=m F xg L 重 ()mf L xg L μ=- （2）1()(1)ga F f x g m Lμμ=-=+-重（3）dv a v dx =，03(1)v LL g vdv x g dx Lμμ⎡⎤=+-⎢⎥⎣⎦⎰⎰，v =题2.22： 解：（1）以摆车为系统，水平方向不受力，动量守恒。
习题33.1选择题(1) 有一半径为R 的水平圆转台，可绕通过其中心的竖直固定光滑轴转动，转动惯量为J ，开始时转台以匀角速度ω0转动，此时有一质量为m 的人站在转台中心，随后人沿半径向外跑去，当人到达转台边缘时，转台的角速度为(A) (B) 02ωmRJ J+02)(ωR m J J +(C) (D) 02ωmRJ0ω[答案： (A)](2) 如题3.1（2）图所示，一光滑的内表面半径为10cm 的半球形碗，以匀角速度ω绕其对称轴OC 旋转，已知放在碗内表面上的一个小球P 相对于碗静止，其位置高于碗底4cm ，则由此可推知碗旋转的角速度约为(A)13rad/s (B)17rad/s (C)10rad/s (D)18rad/s (a)(b)题3.1（2）图[答案： (A)](3)如3.1(3)图所示，有一小块物体，置于光滑的水平桌面上，有一绳其一端连结此物体，；另一端穿过桌面的小孔，该物体原以角速度ω在距孔为R 的圆周上转动，今将绳从小孔缓慢往下拉，则物体（A ）动能不变，动量改变。
（B ）动量不变，动能改变。
（C ）角动量不变，动量不变。
（D ）角动量改变，动量改变。
（E ）角动量不变，动能、动量都改变。
[答案： (E)]3.2填空题(1) 半径为30cm 的飞轮，从静止开始以0.5rad·s -2的匀角加速转动，则飞轮边缘上一点在飞轮转过240˚时的切向加速度a τ= ，法向加速度a n = 。
0.15; 1.256[答案：](2) 如题3.2（2）图所示，一匀质木球固结在一细棒下端，且可绕水平光滑固定轴O转动，今有一子弹沿着与水平面成一角度的方向击中木球而嵌于其中，则在此击中过程中，木球、子弹、细棒系统的 守恒，原因是 。
木球被击中后棒和球升高的过程中，对木球、子弹、细棒、地球系统的 守恒。
题3.2（2）图[答案：对o轴的角动量守恒，因为在子弹击中木球过程中系统所受外力对o轴的合外力矩为零，机械能守恒](3) 两个质量分布均匀的圆盘A和B的密度分别为ρA和ρB (ρA>ρB)，且两圆盘的总质量和厚度均相同。
3-1 有一半径为R 的水平圆转台，可绕通过其中心的竖直固定光滑轴转动，转动惯量为J ，开始时转台以匀角速度ω0转动，此时有一质量为m 的人站在转台中心，随后人沿半径向外跑去，当人到达转台边缘时，转台的角速度为 [ ] A.2ωmR J J + B. 02)(ωR m J J+ C.02ωmR JD. 0ω 答案：A3-2 如题3-2图所示，圆盘绕O 轴转动。
若同时射来两颗质量相同,速度大小相同,方向相反并在一直线上运动的子弹,子弹射入圆盘后均留在盘内,则子弹射入后圆盘的角速度ω将：[ ]A. 增大.B. 不变.C. 减小.D. 无法判断. 题3-2 图 答案： C3-3 芭蕾舞演员可绕过脚尖的铅直轴旋转,当她伸长两手时的转动惯量为J 0，角速度为ω0,当她突然收臂使转动惯量减小为J 0 / 2时,其角速度应为：[ ] A. 2ω0 . B. ω0 . C. 4ω0 . D. ω 0/2. 答案：A3-4 如题3-4图所示，一个小物体，位于光滑的水平桌面上，与一绳的一端相连结，绳的另一端穿过桌面中心的小孔O . 该物体原以角速度ω 在半径为R 的圆周上绕O 旋转，今将绳从小孔缓慢往下拉．则物体：[ ]A. 动量不变，动能改变； 题3-4图B. 角动量不变，动量不变；C. 角动量改变，动量改变；D. 角动量不变，动能、动量都改变。
答案：D3-5 在XOY 平面内的三个质点,质量分别为m 1 = 1kg, m 2 = 2kg,和 m 3 = 3kg,位置坐标(以米为单位)分别为m 1 (－3,－2)、m 2 (－2,1)和m 3 (1,2),则这三个质点构成的质点组对Z 轴的转动惯量J z = .答案： 38kg ·m 23-6 如题3-6图所示，一匀质木球固结在一细棒下端，且可绕水平光滑固定轴O 转动，今有一子弹沿着与水平面成一角度的方向击中木球并嵌于其中，则在此击中过程中，木球、子弹、细棒系统对o 轴的 守恒。
3-6一架以 2 m s 解 0Δ-='v m t FN 1055.252⨯=='lm F v 鸟对飞机的平均冲力为 N 1055.25⨯-='-=F F3-7 质量为m 的物体,由水平面上点O 分析 3-8 Fx=30+4t 的合外力解 1 由分析知()s N 68230d 4302220⋅=+=+=⎰t t t t I 2 由I ＝300 ＝30t ＋2t 2 ,解此方程可得 t ＝6．86 s 另一解不合题意已舍去3 由动量定理,有 I ＝m v 2- m v 1由2可知t ＝6．86 s 时I ＝300 N ·s ,将I 、m 及v 1代入可得 112s m 40-⋅=+=mm I v v3-9 高空作业 51kg 的人3-10质量为m 的小球,在力F= - kx 作用下运动ωkA t t ωkA t kx t F I ωt t t t -=-=-==⎰⎰⎰2/π02121d cos d d 即()ωkA m -=v Δ3-11 在水平地面上,有一横截面S= 2()A B t S ρtv v v -==ΔΔIF , N 105.2232⨯-=-=-='v S ρF F 3-12 爆炸后 ,hgx t x x 21010==v 21121gt t h y --=v ;12121t gth -=v x x m m 2021v v = y m m 2121210v v +-=落地时,y 2 ＝0,由式5、6可解得第二块碎片落地点的水平位置 x 2 ＝500 m 3-13 A,B 两船在平静的湖面上平行逆行航行 B 船以 解()A A B A A m m m m v v v '=+- 1 ()''=+-B B A B B m m m m v v v 23-14 质量为m 丶的人手里拿着质量为m 的物体 解 取如图所示坐标．把人与物视为一系统,当人跳跃到最高点处,在向左抛物的过程中,满足动量守恒,故有u m m m α'++=cos 00v v 人的水平速率的增量为u mm mα'+=-=cos Δ0v v v 而人从最高点到地面的运动时间为 gαt sin 0v =所以,人跳跃后增加的距离()g m m αm t x '+==sin ΔΔ0v v3-15 一质量均匀柔软的绳竖直的悬挂着0N =-+F F yg l m1 y lmt F d 0d v -=' 2 而 F F '-= 3 3-16 设在地球表面附近,一初质量为 10 5解 1 以火箭发射处为原点,竖直向上为正方向．该火箭在重力场中的动力学方程为ma mg tmu=-d d 1 2 t m mg t m u d d d d v=- 分离变量后积分,有 ⎰⎰⎰-=t m m t g m m u 0d d d 00v v v3-17 质量为m 的质点在外力F 的作用下沿Ox 轴运动,已知 t=0时质点位于原点 解 2d 0000L F x x LF F W L=⎪⎭⎫⎝⎛-=⎰;mLF 0=v 3-18 如图 一绳索 5N 3-19 一物体在介质x=ct 3解 23d d ct tx==v ;3/43/242299x kc t kc k F ===v3-20 一人从 m 深的井中提水解 水桶在匀速上提过程中,a ＝0,拉力与水桶重力平衡,有 F ＋P ＝0在图示所取坐标下,水桶重力随位置的变化关系为P ＝mg -αgy 3-21 一质量为的小球 的细绳 解 1()J 53.0cos 1Δ=-==θmgl h P W P ;s F d T T ⋅=⎰W2 J 53.0k k ==E E 小球在最低位置的速率为 1PKs m 30.222-⋅===mW m Ev 3l m P F 2T v =- N 49.22T =+=lm mg F v3-22 一质量为m 的质点,系在细绳的一段,绳的另一端解 1 2202k 0k 832121v v v m m m E E W -=-=-= 1 2 由于摩擦力是一恒力,且F ｆ ＝μmg ,故有mg μr πs F W 2180cos of -== 2rg πμ16320v = 3 34k0==W E n 圈3-23 如图所示,A 和B 两块板用一轻弹簧F 1 ＝P 1 ＋F 2221212121mgy ky mgy ky +=-;F 1 -F 2 ＝2P 1 F ＝P 1 ＋F 2 当A 板跳到N 点时,B 板刚被提起,此时弹性力F ′2 ＝P 2 ,且F 2 ＝F ′2 ．由式3可得F ＝P 1 ＋P 2 ＝m 1 ＋m 2 g3-24有一自动卸货矿车W ｆ ＝ ＋′gl ＋x 1W ｆ ＝-m -m ′ gl ＋x sin α 2 3-25 分铁锤敲入钉子木板 -2 解⎰⎰+=xx x x x kx x kx Δ000d d Δx ＝ ×10 -2m3-26 m 的地球卫星, 3Re 解()E 22E E 33R m R m m G v = 则 E E 2K 621R m m G m E ==v 2 E E P 3R mm G E -=3 EE E E E E P K 636R mm G R m m G R m m G E E E -=-=+=3-27 天文观测台 冰块解 由系统的机械能守恒,有R m F θmgR 2N cos v =- o θ2.4832arccos ==;32cos RgθgR ==v v 的方向与重力P 方向的夹角为 α＝90°-θ ＝°3-28 m= kg A 时 解 rm mg c 2v= 1()()22213Δ21c m r mg l k v += 2 由式1、2 可得 ()12m N 366Δ7-⋅==l mgr k 3-29 质量为m, 速度为v 的钢球 m 丶的靶． 解 ()1v v m m m '+= 1()20212212121kx m m m +'+=v v 2()v m m k m m x '+'=03-30 质量为m 的弹丸,穿过v v v ''+=m m m 21 l m g m h2v ''=' 2 221221hm gl m m v v ''+'='' 3glm m 52'=v 3-31 一个电子和一个3-32 质量为 x 10 -23kgαm βm m A B A cos cos 221v v v '+= 1αm βmA B sin sin 20v v '-= 2 222212m 2121A B A m v v v '+⎪⎭⎫ ⎝⎛= 3()1722s m 1069.42-⋅⨯='-=A A B v v v3-33 如图 质量为m 丶的物块 低端A 处解 在子弹与物块的撞击过程中,在沿斜面的方向上,根据动量守恒有()10cos v m m αmv '+= 1()αh αg m m μsin cos '+- ()()()21222121v v m m gh m m m m '+-'++'+= 2()1cot 2cos 202+-⎪⎭⎫ ⎝⎛'+=αμgh αm m m v v 3-34 如图 一质量为m 的小球 内壁半球形 3-35 打桩 m=10t解 1 在锤击桩之前,由于桩的自重而下沉,这时,取桩和地球为系统,根据系统的功能原理,有⎰='1h 01d 4h hK S gh m 1m 88.821='=KS gm h 2 ()v v m m m +'=0 2()()220h h h 21S 4d -211gh m m m m Kh +'-+'-=⎰+v v 3 h 2 ＝ m ;v v ''+'-=m h g m m 20 ()23h 021d h m 354-3v ''-'-=+⎰m gh m h S 5h 3 ＝ m3-36 一系统0332211=++x x x m m m v v v ;0332211=++y y y m m m v v v则 ()()j i 113s m 0.2s m 8.2--⋅-⋅-=v 3-37 如图 m1 = kg m2 = AB 小球m 5.1202120=+=x m m m x c ;m 9.1102110=+=y m m m y c ()t m m F m m t F x x tx2112101 ,d d +=+=⎰⎰v v v 3 ()t m m F m m t F y y ty2122101 ,d d +=+=⎰⎰v v v 4 t m m F y ty y c d d 0212cc0⎰⎰⎪⎪⎭⎫⎝⎛+=;()22212019.09.12t t m m Fy y c c +=++= 2()()()j i F F P P t t t t0.60.8d Δ021-=+==⎰4-6 一汽车 12s 3 r min 解()200s rad 1.13π2-⋅=-=-=t n n t ωωα ;()0020π221n n t ωωt αt ωθ-=-=+=4-7 某种电动机启动后 ;s()22//0s rad e 5.4e d d ---⋅===t τt τωt ωα;()rad 9.36d 1d /60060=-==-⎰⎰t e ωt ωθτt 则t ＝ s 时电动机转过的圈数87.5π2/==θN 圈4-8 水分子 θd m J H A A 22sin 2='θd m J H B B 22cos 2='此二式相加,可得22d m J J H B B A A =+''则 m 1059.9211-''⨯=+=HB B A A m J J d由二式相比,可得 θJ J B B A A 2tan /='' 则 o 3.521.141.93arctan arctan===''B B A A J J θ 4-9 一飞轮 30cm cm4-10 如图 圆盘的质量为m 半径为R22/3222/2203215d 2 d π2πd mR r r R m r r R mr m r J R R RR ====⎰⎰⎰ 2 ;22222032392ππ3215mR R R R m m mR J =⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅-+='4-11 用落体观察法测定飞轮的转动惯量 4-12 一燃气轮机 m2解1 在匀变速转动中,角加速度tωωα0-=,由转动定律αJ M =,可得飞轮所经历的时间4-13 如图 m1 = 16kg 圆柱体A解 1αr m αJ r F T 2121== ;a m F g m F P T T 222='-='-21222m m g m a += ;m 45.222121222=+==m m gt m at s2 ()N 2.3922121=+=-=g m m m m a g m F T 4-14 m1 m2 A B 组合轮两端()αJ J r F R F T T 2121+=- 11T T F F =',22T T F F ='解上述方程组,可得gR r m R m J J r m R m a 222121211+++-=;gr r m R m J J rm R m a 222121212+++-=g m r m R m J J Rr m r m J J F T 1222121221211++++++=;g m rm R m J J Rr m R m J J F T 2222121121212++++++= 4-15 如图所示装置,定滑轮半径rαr a a ==21 αJ r F r F T T ='-'12 11T T F F =',22T T F F =' 4-16 飞轮 60kg()0121='-+l F l l F Nd μF l ll d μF d F M N 121f 2212+=== 1 4-17 一半径为R,质量为m 的匀质圆盘;; 停止 4-18 如图 通风机J ωC t ωα-==d d 1t JCωωt ωωd d 00⎰⎰-=J Ct e ωω/0-= 22ln CJt =24-19 如图 一长 2l 的细棒AB解()αe ωml mr ωJ L t 2022sin 122--===2 ()[]αe ωml tt L M t 202sin 12d dd d --==te αωml -=202sin 2 ;αωml M 202sin 2= 4-20 m 丶 半径R 的圆盘 裂开 解 1 R ω=0v4-21 光滑水平 木杆 m1= L=40cm解 根据角动量守恒定理()ωJ J ωJ '+=212;()1212212s 1.2936-=+=+='m m m J J ωJ ωv4-22 r1 r2 薄伞形轮 4-23 的 小孩R ωωωωv +=+=010;()010100=++ωωJ ωJ 122020s 1052.9--⨯-=+-=RmR J mR ωv4-24 一转台 砂粒 Q =2t 解 在时间0→10 s 内落至台面的砂粒的质量为kg 10.0Qd s 100==⎰t m ;()ωmr J ωJ 2000+= ;112000s π80.0-=+=J mrJ ωJ ω 4-25 为使运行中的飞船4-26 m 的蜘蛛解 1 ()b a ωJ J ωJ 100+=a a b ωmm m ωJ J J ω2100+''=+=2 即22mr J =.在此过程中,由系统角动量守恒,有()c a ωJ J ωJ 100+=4-27 的均匀细棒解 1 由刚体的角动量定理得 28388Δ31arccos o 222'=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=gl m t F θ 4-28 第一颗人造卫星 5 2211v v mr mr = 12221212121r Gmm m r Gmm m EE -=-v v 2()1321121s m 1011.8-⋅⨯=+=r r r r Gm E v ;131212s m 1031.6-⋅⨯==v v r r4-29 地球对自传解 1 地球的质量m Ｅ ＝ ×1024 kg,半径R ＝ ×106 m,所以,地球自转的动能2 对式T ωπ2=两边微分,可得T Tωd π2d 2-= T ωT T ωΔπ2Δπ2Δ22-=-= T E ωT J ωωωJ E K K ΔπΔπ2ΔΔ3-=-== 2式中n 为一年中的天数n ＝365,ΔT 为一天中周期的增加量.4-30 如图 一质量为m 的小球由一绳索 ;;; 新的角速度 解 1200mr J =和20141mr J =,则00014ωωJ J ω==2 2020200211232121ωmr ωJ ωJ W =-=4-31 质量 解 1 棒绕端点的转动惯量231ml J =由转动定律M ＝Jα可得棒在θ 位置时的角加速度为()lθg J θM α2cos 3==;2s 418-=.α 由于θωωt ωαd d d d ==,⎰⎰=o 6000d d θαωωω ;1600s 98.7sin 3o -==l θg ω 2J 98.021==mgl E K3 由于该动能也就是转动动能,即221ωJ E K =,1s 57.832-==='l g J E ωK 4-32 如图 A B 两飞轮 J1 = kg;M解 1 取两飞轮为系统,根据系统的角动量守恒,有2 ()J 1032.12121Δ42112221⨯-=-+=ωJ ωJ J E 4-34 如图 OO 丶自由转动解()B ωmR J ωJ 2000+= 1()2220200212121BB m ωmR J mgR ωJ v ++=+ 22000mR J ωJ ωB +=2022002mRJ RωJ gR B ++=v 0ωωC = ;gR C 4=v 4-35 为使运行中飞船停止绕其中心轴转动 ,一种可能方案有()()2222122121ωl R m ωJ J '+=+ ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-'+=141m m R l 4-37 一长为L, 质量为m 的均匀细棒,在光滑的;;绕质心ωJ ωJ t F-'=-Δ21;ωωml J J ω41412=+='2 22223212121ωml ωJ ωJ E ΔK -=-''=4-38 如图 细绳 大木轴 解 设木轴所受静摩擦力F f 如图所示,则有F mR J R R θR a C C 212121cos ++= ;F mR J R θR R a αC C 21211cos ++== 5-6 1964 年,盖尔曼等人 解 由于夸克可视为经典点电荷,由库仑定律F 与径向单位矢量e r 方向相同表明它们之间为斥力. 5-7 质量为m , 电荷为-e 的电子由此出发命题可证.证 由上述分析可得电子的动能为r e εm E K 202π8121==v ;3022π4mrεe ω=;432022232π4me E εωK ==v 5-8 在氯化铯 1 由对称性,每条对角线上的一对铯离子与氯离子间的作用合力为零,故F 1 ＝0.2 除了有缺陷的那条对角线外,其它铯离子与氯离子的作用合力为零,所以氯离子所受的合力F 2 的值为5-9 若电荷均匀地分布在长为L 的细棒 , 求证 证 1 延长线上一点P 的电场强度⎰'=Lr πεqE 202d ,利用几何关系 r ′＝r －x 统一积分变量,则()220022204π12/12/1π4d π41L r QεL r L r L εQ x r L x Q εE L/-L/P -=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+--=-=⎰电场强度的方向沿x 轴.2, E rεqαE Ld π4d sin 20⎰'= 利用几何关系 sin α＝r /r ′,22x r r +=' 统一积分变量,则5-10 一半径为R 的半球壳,均匀的带有电荷, 解由于平行细圆环在点O 激发的电场强度方向相同,利用几何关系θR x cos =,θR r sin =统一积分变量,有 5-11 水分子H2O解1 水分子的电偶极矩θer θP P cos 2cos 200==在电偶极矩延长线上 5-13 如图为电四级子解 由点电荷电场公式,得()()k k k E 42022220222206π4...321...32112π4/11/1112π4z qd εq z d z d z d z d z z εq z d z d z z εq =⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎥⎦⎤⎢⎣⎡++-+++++-=⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+-+-=; 5-14 设匀强电场的电场强度E 与半径为R 的半球面对称轴平行 5-15 如图 边长为a 的立方体,其表面同理 ()[]()2121AOEF d a E dS E E -=-⋅+=⋅=⎰⎰i j i S E Φ 5-16 分析 地球周围的大气犹如;;5-17 设在半径为R 的球体内 ,其电荷为对称分布球体内0≤r ≤R()40022πd π41π4r εk r r kr εr r E r==⎰ ,()r εkr r e E 024=球体外r ＞R()40022πd π41π4r εk r r kr εr r E R==⎰,()r εkR r e E 024=5-18 如图 , 一无限大均匀带电薄平板n εσe E 012=;nr x xεσe E ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+--=220212 ,n rx x εσe E E E 220212+=+=在圆孔中心处x ＝0,则 E ＝0 在距离圆孔较远时x ＞＞r ,则5-19 如图, 在电荷体密度p 的均匀带电球体证 带电球体内部一点的电场强度为r E 03ερ=r E 013ερ=,2023r E ερ-= ()210213r r E E E -=+=ερ;a E 03ερ=5-20 一个内外半径分别为R1和R2的均匀带电球壳,总电荷为Q1解 取半径为r 的同心球面为高斯面,由上述分析 r ＜R 1 ,该高斯面内无电荷,0=∑q ,故01=ER 1 ＜r ＜R 2 ,高斯面内电荷()31323131R R R r Q q --=∑故 ()()23132031312π4rR R εR r Q E --= R 2 ＜r ＜R 3 ,高斯面内电荷为Q 1 ,故 r ＞R 3 ,高斯面内电荷为Q 1 ＋Q 2 ,故5-21 两个带有等量异号电荷的无限长同轴圆柱面解 ∑=⋅0/π2εq rL E r ＜R 1 , 0=∑q 01=E 在带电面附近,电场强度大小不连续,电场强度有一跃变 R 1 ＜r ＜R 2 ,L λq =∑rελE 02π2=r ＞R 2, 0=∑q 03=E 5-22 如图 ,有三个点电荷Q1Q2Q3解 在任一点电荷所受合力均为零时Q Q 412-=,并由电势5-23 已知均匀带电直线附近的1 ,12012ln π2d 21r r ελU r r =⋅=⎰r E 2 不能.严格地讲,电场强度r e rελE 0π2=只适用于无限长的均匀带电直线,而此时电荷分布在无限空间,r →∞处的电势应与直线上的电势相等. 5-24 水分子电偶极矩解 由点电荷电势的叠加1 若o 0=θ V 1023.2π4320P -⨯==rεpV 2 若o45=θ V 1058.1π445cos 320o P -⨯==r εp V 3 若o90=θ 0π490cos 20oP ==r εp V5-25 一个球形雨滴半径当两个球形雨滴合并为一个较大雨滴后,雨滴半径1322R R =,带有电量q 2 ＝2q 1 ,雨滴表面电势5-26 电荷面密度分别为;;;两块无限大解 ()()()⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧><<--<=a x a x a εσa x0 2 00i E ()a x a x εσV x <<--=⋅=⎰ d 00l E()a x a εσV -<=⋅+⋅=⎰⎰- d d 0a -axl E l E ;()a x a εσV >-=⋅+⋅=⎰⎰ d d 00a -a x l E l E 5-27 两个同心球面的半径分别为R1 R2 , 各自带有解 1 由各球面电势的叠加计算电势分布.若该点位于两个球面内,即r ≤R 1 ,则2021011π4π4R εQ R εQ V +=若该点位于两个球面之间,即R 1 ≤r ≤R 2 ,则 202012π4π4R εQ r εQ V +=若该点位于两个球面之外,即r ≥R 2 ,则rεQ Q V 0213π4+= 2 ; ()2011012112π4π42R εQ R εQ V V U R r -=-== 5-28 一半径为R 的无限长带电细棒,其内部的电荷均匀分布当r ≤R 时02/ππ2ερl r rl E =⋅ ()02εr ρr E = 当r ≥R 时02/ππ2ερl R rl E =⋅ ()rεR ρr E 022=当r ≤R 时()()22004d 2r R ερr εr ρr V R r-==⎰当r ≥R 时()rR εR ρr r εR ρr V R r ln 2d 20202==⎰5-29 一圆盘半径R= 10 -2解 1 带电圆环激发的电势220d π2π41d x r r r σεV +=()x x Rεσxr r r εσV R-+=+=⎰22222d 2 12 轴线上任一点的电场强度为i i E ⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-=-=22012d d x R xεσx V 2 电场强度方向沿x 轴方向.3 将场点至盘心的距离x ＝ cm 分别代入式1和式2,得当x ＞＞R 时,圆盘也可以视为点电荷,其电荷为C 1065.5π82-⨯==σR q .依照点电荷电场中电势和电场强度的计算公式,有 5-30 两根同长的圆柱面 R1= 10 -2 m R2=解得 1812120m C 101.2ln/π2--⋅⨯==R R U ελ2 解得两圆柱面之间r ＝ 处的电场强度 5-31 轻原子核结合成为较重原子核解 1 两个质子相接触时势能最大,根据能量守恒由20K021v m E =可估算出质子初始速率17k 00s m 102.1/2-⋅⨯==m E v 该速度已达到光速的4％.2.kT E E 23K K0== K 106.5329K0⨯≈=kE T 5-32 在一次典型的闪电中Kg 1098.8Δ4⨯===LqUL E m 即可融化约 90 吨冰. 2 一个家庭一年消耗的能量为5-33 两个半径为R 的圆环分别带等量异电荷 正负q解 1 由带电圆环电势的叠加,两环圆心连线的x 轴上的电势为2 当R x l x >>>>,时,化简整理得在R x >>时带电圆环等效于一对带等量异号的点电荷,即电偶极子.上式就是电偶极子延长线上一点的电势.5-34 如图 , 在Oxy 平面上倒扣着半径为R 的半球面,假设将半球面扩展为带有相同电荷面密度σ的一个完整球面,此时在A 、B 两点的电势分别为5-35 在玻尔的氢原子模型中,电子 10-10解 1 电子在玻尔轨道上作圆周运动时,它的电势能为2 电子在玻尔轨道上运动时,静电力提供电子作圆周运动所需的向心力,即()r m r εe /π4/2202v =.此时,电子的动能为电子的电离能等于外界把电子从原子中拉出来需要的最低能量 6-6 不带电的导体球A 含有两个 ; ()20π4rεq q q F d c b d +=点电荷q d 与导体球A 外表面感应电荷在球形空腔内激发的电场为零,点电 荷q b 、q c 处于球形空腔的中心,空腔内表面感应电荷均匀分布,点电荷q b 、q c 受到的作用力为零.6-7 一真空二极管,其主要构件是是一个半;;R1=解 1 电子到达阳极时,势能的减少量为 26-8 一导体球半径为R1,外罩一半径为R2r ＜R １时, ()01=r E R １＜r ＜R 2 时,()202π4r εqr E = r ＞R 2 时, ()202π4r εqQ r E += r ＜R １时, R １＜r ＜R 2 时, r ＞R 2 时,也可以从球面电势的叠加求电势的分布．在导体球内r ＜R １20101π4π4R εQR εq V += 在导体球和球壳之间R １＜r ＜R 2 2002π4π4R εQ r εq V +=在球壳外r ＞R 2 r εQ q V 03π4+= ;102001π4π4R εQR εq V V +== 102001π4π4R εQR εq V V +== 代入电场、电势的分布得 r ＜R １时, 01=E ；01V V = R １＜r ＜R 2 时,22012012π4rR εQ R r V R E -=；r R εQR r r V R V 201012π4)(--= r ＞R 2 时,6-9 如图 ,在一半径为R1 = cm 的金属球 A 外面 套 解V 106.5π4π4π43302010⨯=-+-+=R εQ Q R εQ R εq V A A A A A V 105.4π4330⨯=+=R εQ Q V BA B 2 将球壳B 接地后断开,再把球A 接地,设球A 带电q A ,球A 和球壳B 的电势为 6-10 两块带电量分别为Q1,Q2的导体平板平行证明 １ 设两块导体平板表面的电荷面密度分别为σ１、σ2、σ3、σ4 ,取如图ｂ所示的圆柱面为高斯面,高斯面由侧面S １和两个端面S 2、S 3构成,由分析可知得 0,0ΔΔ3232=+=+=∑σσS σS σq相向的两面电荷面密度大小相等符号相反．2 由电场的叠加原理,取水平向右为参考正方向,导体内P 点的电场强度为 6-11 将带电量为Q 的导体板A 从远处移至不带电的导体板B 附件解 １ 如图ｂ所示,依照题意和导体板达到静电平衡时的电荷分布规律可得()Q S σσ=+21 ;()Q S σσ=+43;041=-σσ;032=+σσSQσσσσ24321==-==两导体板间电场强度为S εQ E 02=；方向为A 指向B ．两导体板间的电势差为 SεQd U AB 02=2 如图c 所示,导体板B 接地后电势为零． 两导体板间电场强度为S εQ E 0='；方向为A 指向B ． SεQdU AB0=' 6-12 如图 Q>0, 内半径为a, 外半径b6-13 如图, 在真空中将半径为R 的金属球接地,在与球心 6-14 地球和电离层可当做一个球形电容器 6-15 两线输电线的线径代入数据 F 1052.512-⨯=C 6-16 电容式计算机键盘解 按下按键时电容的变化量为⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=0011Δd d S εC ;mm 152.0ΔΔΔ00min20min =+=-=S εC d Cd d d d6-17 盖革-米勒管 可用解 1 由上述分析,利用高斯定理可得L λεrL E 01π2=⋅,则两极间的电场强度 2 当611 2.010V m E -=⨯⋅ ,R 1 ＝ mm,R 2 ＝ mm 时,6-18 解 1 查表可知二氧化钛的相对电容率εr ＝173,故充满此介质的平板电容器的电容2 C 1084.18-⨯==CU Q 2-80m C 1084.1⋅⨯==-SQσ 31-5m V 102.1⋅⨯==dUE 6-19 如图 , 半径R= 的导体球带有电荷 Q = -8C解 1 取半径为r 的同心球面为高斯面,由高斯定理得r ＜R 0π421=⋅r D 01=D ；01=E R ＜r ＜R ＋d Q r D =⋅22π422π4r Q D =；202π4r εεQ E r=r ＞R ＋d Q r D =⋅23π4;23π4r Q D =；203π4r εεQE r =r 1 ＝5 cm,该点在导体球内,则01=r D ；01=r Er 2 ＝15 cm,该点在介质层内,εｒ ＝,则2822m C 105.3π42--⋅⨯==r Q D r ；12220m V 100.8π42-⋅⨯==r εεQ E r r r 3 ＝25 cm,该点在空气层内,空气中ε≈ε0 ,则2823m C 103.1π43--⋅⨯==r Q D r ；12220m V 104.1π43-⋅⨯==r εQ E r 2 取无穷远处电势为零,由电势与电场强度的积分关系得 r 3 ＝25 cm,V 360π4d 0r 331==⋅=⎰∞rεQV r E r 2 ＝15 cm, ()()V480π4π4π4d d 0020r 3222=+++-=⋅+⋅=⎰⎰+∞+d R εQd R εεQ r εεQ V r r dR dR rE r E r 1 ＝5 cm,()()V540π4π4π4d d 000321=+++-=⋅+⋅=⎰⎰+∞+d R εQd R εεQ R εεQ V r r dR RdR rE r E3 均匀介质的极化电荷分布在介质界面上,因空气的电容率ε ＝ε0 ,极化电荷可忽略．故在介质外表面； 6-20 人体的某些细胞壁两侧解 1细胞壁内的电场强度V /m 108.960⨯==rεεσE ；方向指向细胞外． 2 细胞壁两表面间的电势差V 101.52-⨯==Ed U ． 6-21 有一个平板电容器 = 10-5 C;M-2解 250m C 105.4Δ--⋅⨯===σSQD 16r 0m V 105.2-⋅⨯==εεDE D 、P 、E 方向相同,均由正极板指向负极板图中垂直向下．6-22 在一个半径为R1的长直导线外套有氯解 由介质中的高斯定理,有⎰=⋅=⋅L λrL D d π2S D ;r rλe D π2=r r r εελεεe D E 00π2==;r r rλε-εe E -D P π2110⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛== 6-23 如图 , 球形电极浮在相对电容率 = 的油槽中解 R εC 01π2= ;R εεC r 02π2=6-24 如图 , 由两块相距为 mm 的 薄金属板A,B 构成的空气平板电容器解 1 13232123C C C C C C C C ++⋅=+=32122d d d ==且,故1322C C C == ,因此A 、B 间的总电容12C C =2 若电容器的一个引脚不慎与金属屏蔽盒相碰,相当于C2 或者C3 极板短接,其电容为零,则总电容6-25 如图 , 在点A 和点B 之间有五个电容器 解 1 由电容器的串、并联,有求得等效电容C AB ＝4 μF．2 由于AB DB CD AC Q Q Q Q ===,得V 4==AB ACABAC U C C U 6-26 如图,有一空气电热板级板面积S ,间距d 解 12 插入电介质后,电容器的电容C 1 为()()δd εδS εεδS εεQ δd SεQ Q C r r r -+=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-=0001/ ;()δd εδSU εεU C C r r -+==011 ()δd εδU S εεQ E r r -+=='011;()δd εδUεS εQ E r r -+==0113 插入导体达到静电平衡后,导体为等势体,其电容和极板上的电荷分别为导体中电场强度 02='E δd UE -=2 6-27 为了实时检测纺织品6-28 利用电容传感器测量油料液面高度证 由分析知,导体A 、C 构成一组柱形电容器,它们的电容分别为d D L εαln π20=；()dD L εεβr ln π20-= UX βaU CU Q +== 6-29 有一电容为 uF 的平行平板电容器解 1 V 190max ==d E U b2J 1003.92132max -⨯=CU W e6-30 半径为的长直导线,解 1 导线表面最大电荷面密度 250max m C 1066.2--⋅⨯==b E εσ 2 由上述分析得b E R ελ10max π2=,此时导线与圆筒之间各点的电场强度为()1210π2R r R rRr ελE m <<==0=E 其他 6-31 一空气平板电容器,空气厚解 ()16m V 102.3-⋅⨯=+-=δδd εVεE r r此时,因b E E > ,空气层被击穿,击穿后40 kV 电压全部加在玻璃板两侧,此时玻璃板内的电场强度由于玻璃的击穿电场强度'110V m b E M -=⋅,b E E '> ,故玻璃也将相继被击穿,电容器完全被击穿．6-32 某介质的相对电容率 er=解 16m V 1018-⋅⨯=≤b E E m 1022.2/4-⨯==b m E U d要制作电容为 μF 的平板电容器,其极板面积 210m 42.0==εεCdS 6-33 一平行板空气电容器,极板面积S,极板间距d, 充电解 1 20220221S εQ E εw e == Sεd Q V w W e e 022ΔΔ== 2 两导体极板带等量异号电荷,外力F 将其缓缓拉开时,应有F ＝－F e ,则外力所作的功为7-6 北京正负电子对撞机 7-7 已知铜的摩尔质量解 1M ρN n A /= 14s m 1046.4//--⋅⨯===e ρN M j ne j A m m d v 2 室温下T ＝300 Ｋ电子热运动的平均速率与电子漂移速率之比为 7-8 有两个同轴导体圆柱面,它们的长度均为20m解 由分析可知,在半径r ＝ mm 的圆柱面上的电流密度 7-9 已知地球北极磁场磁感应强度B 的大小为 T解 设赤道电流为I,则由教材第7 －4 节例2 知,圆电流轴线上北极点的磁感强度 7-10 如图,有两根导线沿半径方向接到铁环 7-11 如图 几种截流导线在平面内分布解 ａRIμB 800=B 0 的方向垂直纸面向外． ｂ 将载流导线看作圆电流和长直电流,由叠加原理可得RIμR I μB π22000-=B 0 的方向垂直纸面向里． c 将载流导线看作1/2 圆电流和两段半无限长直电流,由叠加原理可得RIμR I μR I μR I μR I μB 4π24π4π4000000+=++=B 0 的方向垂直纸面向外． 7-12 截流导线形状如图, 球O 点 ;; B7-13 如图, 一个半径为R 的无限长半球圆柱面导体,解 根据分析,由于长直细线中的电流R l I I π/d d =,它在轴线上一点激发的磁感强度的大小为RIμB B x 20π== B 的方向指向Ox 轴负向． 7-14 分实验室常用所谓亥姆霍兹线圈由 0d d =xB, 解得 x ＝0 由0d d 022==x x B ,解得 d ＝R① 将磁感强度B 在两线圈中点附近用泰勒级数展开,则若x ＜＜1；且()0d 0d =xB ；()0d 0d 22=x B ．则磁感强度Bx 在中点O 附近近似为常量,场为均匀场．这表明在d ＝R 时,中点x ＝0附近区域的磁场可视为均匀磁场． 7-15 如图,截流长直导线的电流为L,求通过矩形面积的磁通量 7-16 已知 10mm2 裸铜线;; 50A在导线内r ＜R , 2222πππR r r R I I ==∑,因而202πRIr μB =在导线外r ＞R ,I I =∑,因而rIμB 2π0=2 在导线表面磁感强度连续,由I ＝50 A,m 1078.1π/3-⨯==s R ,得 7-17 有一同轴电缆, 其尺寸如图解 由上述分析得r ＜R 1 22101ππ12πr R μr B =⋅ 21012πR Ir μB =R 1 ＜r ＜R 2 I μr B 022π=⋅ rI μB 2π02= R 2 ＜r ＜R 3r ＞R 3 ()02π04=-=⋅I I μr B 04=B7-18 如图,N 匝线圈均匀密绕;;中空骨架上∑=⋅I μr B 02π r ＜R 1 02π1=⋅r B01=B R 2 ＞r ＞R 1 NI μr B 022π=⋅ rNIμB 2π02=r ＞R 2 02π3=⋅r B 03=B RNIμB 2π0≈7-19 电流I 均匀的流过半径为R 的圆形长直导线 7-20 设 电流均匀流过无限大导电平面 7-21 设有两无限大平行载流平面 ,解 1 取垂直于纸面向里为x 轴正向,合磁场为 2 两导体载流平面之外,合磁场的磁感强度 7-22 已知地面上空 B= -4解 1 依照B F ⋅=v q L 可知洛伦兹力L F 的方向为B ⊥v 的方向,如图所示． 2N 102.316-⨯==B F v q L N 1064.116-⨯==g m G p因而,有101095.1/⨯=G F L ,即质子所受的洛伦兹力远大于重力． 7-23 在一个显像管的电子 4 eV 解 1 B F ⨯=v q电子带负电,q ＜0,因而可以判断电子束将偏向东侧．2m 71.62===eBmE eB m R k v 由题知cm 20=y ,并由图中的几何关系可得电子束偏向东侧的距离m 1098.2Δ322-⨯=--=y R R x 即显示屏上的图像将整体向东平移近3 mm ．这种平移并不会影响整幅图像的质量．7-24 试证明霍尔电场强度与恒流强度之比j E ρC = ;B E ⨯-=v H ; v ne =jnev ρρC ==j E ;;B E ⨯-=v H ; B/ne ρB/ρ/ρB/ρ/E E C H ===v v v / 7-25 霍尔效应 测量血流的速度7-26 磁力可以用来输送导电液体 1JBl S IBl S F p ===Δ 2 26A/m 1038.3Δ⨯==Blp J 7-27 带电粒子在过饱和液体中运动 半径7-28 从太阳射来的速率 10 7解 由带电粒子在磁场中运动的回转半径高层范艾伦辐射带中的回转半径 m 101.1311⨯==eB m R v ;m 2322==eB m R v 7-29 如图, 一根长直导线载有电流I1 = 30A I2=20Adl I I μF π22103=; ()N 1028.1π2π2321021043-⨯=+-=-=b d l I I μd l I I μF F F 合力的方向朝左,指向直导线．7-30 一直流变电站电压500kv解 1 d I μBI F B π220== ;dεU C λE F E 022π2== 由0=+E B f f 可得 2 输出功率7-31 将一电流均匀分布的无限大...B0依照右手定则可知磁场力的方向为水平指向左侧．7-32 在直径为的刚棒上解 1 因为所有电子的磁矩方向相同,则圆盘的磁矩27m A 1056.1⋅⨯==-e μN m2 由磁矩的定义,可得圆盘边缘等效电流A 100.2/3-⨯==S m I 7-33 在氢原子中,L=h/2π7-34 如图 ,半径为R 的圆片均匀带电,电荷面密度解 由上述分析可知,轴线上x 处的磁感强度大小为7-35 如图 一根长直同轴电缆, 内外解 1 取与电缆轴同心的圆为积分路径,根据磁介质中的安培环路定理,有 ∑=f I r H π2 对r ＜R 1 221ππr R I I f =∑ 2112πR Ir H = 01=M ,21012πR Ir μB = 对R 2 ＞r ＞R 1 I I f =∑ rI H 2π2= 填充的磁介质相对磁导率为μr ,有()r I μM r 2π12-=,rI μμB r 2π02= 对R 3 ＞r ＞R 2 03=M , 对r ＞R 3 0=-=∑I I I f 04=H ,04=M ,04=B 2 由r M I s 2π⋅=,磁介质内、外表面磁化电流的大小为7-36 设长L= ,截面积S= 2解 1 A N M SL ρN 0= ;2000m A 85.7-⋅===m N M SL ρNm m A 2 维持铁棒与磁场正交所需力矩等于该位置上磁矩所受的磁力矩 7-37 在实验室,为了测试;;平均周长分析 根据右手定则,磁感线与电流相互环连,磁场沿环型螺线管分布,当 环形螺线管中通以电流I 时,由安培环路定理得磁介质内部的磁场强度为 由题意可知,环内部的磁感强度S ΦB /=,而H μμB r 0=,故有解 磁介质内部的磁场强度和磁感强度分别为L NI /和S Φ/,因而。
大学物理练习册参考答案大学物理练习册是大学物理的重要教材之一，它的主要作用是为大学物理课程提供题目和习题，使学生能够更好地掌握和理解物理知识。
本文将为大家提供几个大学物理练习册的参考答案，供大家参考。
第一题：有一块长度为20cm，宽度为10cm，厚度为2cm的矩形金属板，重量为3N。
请问这块金属板的密度是多少？答案：首先我们需要知道密度的定义，密度是单位体积内物质的质量。
因此，我们可以根据这个公式计算出这块金属板的密度：密度=质量/体积其中，这块金属板的质量为3N，体积为20cm × 10cm × 2cm = 400cm³。
把质量和体积带入公式中，可以得到这块金属板的密度为：密度=3N/400cm³=0.0075N/cm³因此，这块金属板的密度为0.0075N/cm³。
第二题：有一个长度为4m的绳子，一个人沿着绳子向上爬，绳子的质量是忽略不计的。
如果人的体重为600N，他在绳子上爬行的过程中，绳子的张力是多少？答案：在求解这个问题之前，我们需要知道牛顿第二定律的公式：力=质量× 加速度根据牛顿第二定律，可以得到人在绳子上爬行时绳子所受的力等于绳子的张力减去重力。
因此，我们可以得到以下公式：绳子的张力=人的重力+绳子的重力其中，人的重力为600N，绳子的重力可以根据绳子的长度和重力加速度计算得出。
在地球上，物体的重力加速度大约为9.8m/s²。
因此，绳子的重力可以用下面的公式计算：绳子的重力=绳子的质量× 重力加速度因为绳子的质量可以根据绳子的长度和线密度计算得出，我们可以得到以下公式：绳子的质量=绳子的长度× 线密度假设绳子的线密度为ρ，绳子的质量可以表示为：绳子的质量=ρ × 面积× 长度根据绳子的面积和长度，可以得到：面积=长度× 直径/4因此，绳子的质量可以通过以下公式计算得出：绳子的质量=ρ × 直径² × 长度/16把绳子的质量和重力加速度带入公式中，可以得到绳子的重力为：绳子的重力=ρ × 直径² × 长度/16 × 重力加速度把人的重力和绳子的重力带入公式中，可以得到绳子的张力为：绳子的张力=人的重力+绳子的重力=600N+ρ × 直径² × 长度/16 × 重力加速度因此，如果已知绳子的线密度、直径、长度和重力加速度，就可以计算出绳子在负责人上爬行时所受的张力。
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习题及参考答案第2章 质点动力学参考答案一 思考题2—1如图，滑轮绳子质量忽略不计,忽略一切摩擦力,物体A 的质量m A 大于物体B 的质量m B ，在A 、B 运动过程中弹簧秤的读数是（A ）()12m m g + (B )()12m m g - (C ）12122m m g m m ⎛⎫ ⎪+⎝⎭ (D ）12124m m gm m ⎛⎫⎪+⎝⎭2—2用水平压力F 把一个物体压着靠在竖直的墙面上保持静止,当F 逐渐增大时，物体所受的静摩擦力f（A )恒为零 (B ）不为零，但保持不变(C )随成F 正比增大 (D )开始随F 增大，达到某一值后,就保持不变2-3如图,物体A 、B 的质量分别为M 、m ,两物体间摩擦系数为m ，接触面为竖直面，为使B 不下滑,则需要A 的加速度为(A ）a g μ≥ (B ）a g μ≥ （C )a g ≥ （D ）M ma g M +≥2-4质量分别为m 和M 的滑块A 和B ，叠放在光滑的水平面上，如图，A 、B 间的静摩擦系数为m s ,滑动摩擦系数为m k ,系统原先处于静止状态，今将水平力F 作用于B 上，要使A 、B 间不轰生相对滑动，应有（A ）s F mg μ≤ (B )(1)s F m M mg μ≤+（C ）()s F m M mg μ≤+ （D )s m M F mgM μ+≤AmBB m A 思考题2-1图思考题2-3图思考题2—4图m(a )(b )Bm mm 21m 21思考题2-7图2—5 在光滑的水平面上,放有两个相互接触的物体A 和B ，质量分别为m 1和m 2，且m 1〉 m 2。
第12章 习题与答案12-1 在真空中波长为λ的单色光，在折射率为n 的透明介质中从A 沿某路径传播到B ，若A 、B 两点相位差为3π，则此路径AB 的光程为[ ]A. 1.5λ.B. 1.5λ/n .C. 1.5n .D. 3λ. [答案：A ]12-2 平行单色光垂直照射到薄膜上，经上下两表面反射的两束光发生干涉，若薄膜的厚度为e ，并且n 1＜n 2＞n 3，λ1为入射光在折射率为n 1的媒质中的波长，则两束反射光在相遇点的相位差为[ ]A. 2πn 2e / ( n 1λ1).B. 4πn 1e / ( n 2λ1)] +π.C. 4πn 2e / ( n 1λ1) ]+π.D. 4πn 2e / ( n 1λ1).[答案： C ]12-3 两块平玻璃构成空气劈形膜，左边为棱边，用单色平行光垂直入射．若上面的平玻璃以棱边为轴，沿逆时针方向作微小转动，则干涉条纹的[ ]A. 间隔变小，并向棱边方向平移.B. 间隔变大，并向远离棱边方向平移.C. 间隔不变，向棱边方向平移.D.间隔变小，并向远离棱边方向平移. [答案： A ]12-4 用劈尖干涉法可检测工件表面缺陷，当波长为λ的单色平行光垂直入射时，若观察到的干涉条纹如题12-4图所示，每一条纹弯曲部分的顶点恰好与其左边条纹的直线部分的连线相切，则工件表面与条纹弯曲处对应的部分[ ]A. 凸起，且高度为4λ.B. 凸起，且高度为2λ.C. 凹陷，且深度为2λ.D. 凹陷，且深度为4λ.[答案： C ]12-5 若把牛顿环装置(都是用折射率为1.52的玻璃制成的)由空气搬入折射率为1.33的水中，则干涉条纹[ ]A ．中心暗斑变成亮斑. B. 间距变大. C. 间距变小. D. 间距不变. [答案： C ]题12-4图12-6 在光栅光谱中，假如所有偶数级次的主极大都恰好在单缝衍射的暗纹方向上，因而实际上不出现，那么此光栅每个透光缝宽度a 和相邻两缝间不透光部分宽度b 的关系为[ ] A. =3a b . B. =2a b . C. =a b . D. =0.5a b [答案： C ]12-7 对某一定波长的垂直入射光 衍射光栅的屏幕上只能出现零级和一级主极大，欲使屏幕上出现更高级次的主极大，应该[ ]A. 换一个光栅常数较小的光栅.B. 换一个光栅常数较大的光栅.C. 将光栅向靠近屏幕的方向移动.D. 将光栅向远离屏幕的方向移动.[答案： B ]12-8如果两个偏振片堆叠在一起，且偏振化方向之间夹角为60°，光强为I 0的自然光垂直入射在偏振片上，则出射光强为[ ]A. I 0 / 8.B. I 0 / 4.C. 3 I 0 / 8.D. 3 I 0 / 4.[答案： A ]12-9一束自然光自空气射向一块平板玻璃（如题12-9图），设入射角等于布儒斯特角i 0，则在上表面的出射光2是[ ]A. 自然光.B. 线偏振光且光矢量的振动方向平行于入射面.C. 线偏振光且光矢量的振动方向垂直于入射面.D. 部分偏振光.[答案： C ]12-10相干光的必要条件为________________________，________________________，________________________。
第11章 习题与答案11-1 一凸透镜在空气中的焦距为40cm, 在水中时焦距为136.8cm, 问此透镜的折射率为多少(水的折射率为1.33)? 若将此透镜置于CS 2中(CS 2的折射率为1.62), 其焦距又为多少? 解：由题意知凸透镜的焦距为11212n f n n n n r r =---+又∵在同一介质中12n n =，'f f =-设12'n n n ==21111''n f n n r ⎛⎫⎛⎫∴=--- ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭因为对同一凸透镜而言，211n r -是一常数， 设11''n t f n ⎛⎫∴=-- ⎪⎝⎭当在空气中时1'1n =，140f =，在水中时2' 1.33n =，2136.8f =11401n t ⎛⎫∴=- ⎪⎝⎭，11136.8 1.33n t ⎛⎫=-- ⎪⎝⎭，两式相比，可得 1.54n =，将其代入上 得0.0463t =∴在CS 2中，即1' 1.62n =时，1 1.5410.0463' 1.62f ⎛⎫=-⨯ ⎪⎝⎭得'437.4cm f =-. 即透镜的折射率为1.54，在CS 2中的焦距为437.4cm -。
11-2 会聚透镜和发散透镜的焦距都是10cm, 求(1)与主轴成30︒度的一束平行光入射到每个透镜上, 像点在何处? (2)在每个透镜左方的焦平面上离主轴1cm 处各置一发光点, 成像在何处？作出光路图。
解：(1)由'1'f f s s+=，s =∞，对于会聚透镜''10cm x s f ==，''tan30 5.8cm y x s s =︒=或者()''tan 30 5.8cm y x s s =-︒=-，像点的坐标为()10,5.8，同理，对于发散透镜：像点的坐标为()10,5.8-。
2-1 如题2-1图所示，弹簧秤挂一滑轮，滑轮两边各挂一质量为m 和2m 的物体，绳子与滑轮的质量忽略不计，轴承处摩擦忽略不计，在m 及2m 的运动过程中，弹簧秤的读数为[ ]A. 3mg .B. 2mg .C. 1mg .D. 8mg / 3.答案： D题 2-1图 2-2 一质点作匀速率圆周运动时，[ ] A.它的动量不变，对圆心的角动量也不变。
B.它的动量不变，对圆心的角动量不断改变。
C.它的动量不断改变，对圆心的角动量不变。
D.它的动量不断改变，对圆心的角动量也不断改变。
答案： C2-3 质点系的内力可以改变[ ] A.系统的总质量。
B.系统的总动量。
C.系统的总动能。
D.系统的总角动量。
答案： C2-4 一船浮于静水中，船长L ，质量为m ，一个质量也为m 的人从船尾走到船头。
不计水和空气阻力，则在此过程中船将：[ ] A.不动 B.后退LC.后退L 21 D.后退L 31答案： C2-5 对功的概念有以下几种说法：[ ]①保守力作正功时，系统内相应的势能增加。
②质点运动经一闭合路径，保守力对质点作的功为零。
③作用力与反作用力大小相等、方向相反，所以两者所作功的代数和必为零。
在上述说法中：A.①、②是正确的。
B.②、③是正确的。
C.只有②是正确的。
D.只有③是正确的。
答案： C2-6 某质点在力(45)F x i =+（SI ）的作用下沿x 轴作直线运动。
在从x=0移动到x=10m的过程中，力F所做功为 。
答案： 290J2-7 如果一个箱子与货车底板之间的静摩擦系数为μ，当这货车爬一与水平方向成θ角的平缓山坡时，要不使箱子在车底板上滑动，车的最小加速度 。
＜ ＜ ＜ ＜ ＜m 2m答案： ()cos sin g μθθ-2-8 一质量为1Kg 的球A ，以5m /s 的速率与原来静止的另一球B 作弹性碰撞，碰后A 球以4m /s 的速率垂直于它原来的运动方向，则B 球的动量大小为 。
课堂练习答案February16,2014第一章质点力学1.1找出下列表达式中的错误，写出正确表达：（1）r=x+y解答：r=x i+y j（2）v=v x i+v y j解答：v=v x i+v y j（3）v=v x i+v y j解答：v=v x i+v y j（4）v=v x i+v y j解答：v=v x i+v y j（5）v=(v2x+v2y+v2z)1/2解答：v=(v2x+v2y+v2z)1/21.2已知r=2t i−4t2j，第1秒内的位移Δr=2i−4j，任意时刻的速度v(t)=2i−8t j，加速度a(t)=−8j，轨迹方程为y=−x21.3平抛物体的运动学方程x=5t，y=5t2，则任意时刻的位矢r=5t i+5t2j，速度v(t)=5i+10t j，加速度a(t)=10j，轨道方程为x2=5y1.4直线运动的点，其速度v(t)=e−t，初始位置为x0=2，则x(t)=3−e−t解答：x(t)=x0+ˆt0e−t d t=2+(−e−t)t=2+(−e−t+1)1.5从地面上抛一个物体，其高度h=10t−5t2，任意时刻的速度v(t)=10−10t，到达最高点的时刻是t=1解答：从物理⾓度来看，在最⾼点处，物体的速度为零v=d h/d t=10−10t=0，得t=1．从数学⾓度理解，h(t)是时间的函数，该函数取得极値的条件是d h/d t=0．1.6判定正误：（1）直线运动的物体达到最小速度时，加速度一定为零；·································[✓]（2）直线运动的物体达到最大位置时，速度一定为零；···································[✓] 1.7选择：若质点的位矢为r，速度为v，速率为v，路程为s，则必有【B】A．|Δr|=Δs=ΔrB．|Δr|=Δs=Δr，当Δt→0时，有|d r|=d s=d rC．|Δr|=Δs=Δr，当Δt→0时，有|d r|=d r=d sD．|Δr|=Δs=Δr，当Δt→0时，有|d r|=d r=d s1.8选择：根据上题的符号，则必有【C】A．|v|=v,|v|=v B．|v|=v,|v|=vC．|v|=v,|v|=v D．|v|=v,|v|=v1.9选择：质点在某瞬时位于位矢r=(x,y)处，其速度大小v的计算错误的为【A】A．d rd tB．d rd tC．d sd tD．√(d xd t)2+(d yd t)21.10直径为40cm的定滑轮上缠绕着一条细钢丝绳，绳的另一端吊着一个重物，若某时刻重物下落的加速度为1m/s2，速度为0.3m/s，则此刻滑轮的角加速度为5rad/s2，角速度为1.5rad /s解答：物体下落的距离等于滑轮边缘转动的距离，物体下落的速度就是滑轮边缘的线速度，物体下落的加速度等于滑轮边缘的切线加速度．1.11半径为0.1m 的轨道上有一个质点，它的角位置θ=π+t 2，则任意时刻的切线加速度a t =0.2，法线加速度a n =0.4t 2解答：ω=d θd t =2t ，β=d ωd t =2，a t =R β，a n =R ω21.12半径为1m 的轨道上有一个质点，它的路程s =2t −0.5t 2，则任意时刻的切线加速度a t =−1，法线加速度a n =(2−t )2解答：v =d s d t =2−t ，a t =d v d t =−1，a n =v 2R 1.13判定正误：（1）以圆心为坐标原点的圆周运动满足d r/d t =0且d r /d t =0；··························[✓]（2）匀速率圆周运动满足d v/d t =0且d v /d t =0；...........................................[×]（3）匀速率曲线运动满足d v/d t =0且d v /d t =0；·····································[✓]（4）法线加速度的效果是改变速度的方向；·············································[✓]（5）切线加速度的效果是改变速度的大小；·············································[✓]（6）圆周运动中，若a n 是常量，则a t 为零；············································[✓]（7）圆周运动中，若a t 是常量，则a n 也是常量；...............................................[×]1.14物体下落，受到重力mg 以及空气阻力f =kv ，则终极速度v T =mg/k ，若阻力f =kv 2，则终极速度v T =√mg/k1.15判定正误：（1）物体质量越大，惯性越大；·······················································[✓]（2）物体的速度越大，惯性越大；.............................................................[×]1.16选择：用水平力F N 把一个物体压着靠在粗糙的竖直墙面上保持静止，当F N 逐渐增大时，物体所受的静摩擦力F f 的大小【A 】A ．不为零，但保持不变；B ．随F N 成正比地增大；C ．达到某一最大值后，就保持不变；1.17选择：一段路面水平的公路，转弯处轨道半径为R ，汽车轮胎与路面间的摩擦因数为μ，要使汽车不至于发生侧向打滑，汽车在该处的行驶速率【C 】A ．不得小于√μgR ；B ．必须等于√μgR ；C ．不得大于√μgR ；D ．还需汽车的质量m 决定；1.18选择：小物体沿固定的圆弧形光滑轨道由静止下滑，在下滑过程中【B 】A ．它的加速度方向永远指向圆心，速率不变；B ．轨道的支撑力的大小不断增加；C ．它受到的合外力大小变化，方向永远指向圆心；D ．它受到的合外力大小不变，速率不断增加；1.19在东北天坐标系中，A 车向东运动v A =2i m /s ，B 车向北运动，v B =3j m /s ；则B 相对于A 的速度v BA =(3j −2i )m /s1.20稳定的南风风速v 1=2m /s ，某人向西快跑，速率v 2=4m /s ．此人感受到的风速大小为√22+42=√20m /s解答：南风是由南向北吹的，⼈是由东向⻄跑，⼆者的速度是相互垂直的．⼈感受的风速是风相对于⼈的速度，即v风⼈=v风−v⼈，v风⼈=√v2风+v2⼈1.21火车沿着直线铁路以30m/s的速率匀速行驶，车厢内的一名乘务员从车头走向车尾，速率为1m/s，乘务员相对于地面的速度大小为29m/s1.22飞船点火起飞时，航天员会感受到大于其体重数倍的重力，这个现象称为超重；在环绕地球的太空舱内，宇航员可以自由漂移，这个现象叫做失重1.23质量为2kg的质点沿直线运动，速度由1m/s增加至3m/s，则外力的冲量大小为4N·s1.24细绳将一个质量为m的小球悬挂在天花板下，球在水平面内匀速圆周运动，周期为T，在小球运行一周的过程中，重力的冲量为|I|=mgT，动量的增量为|Δp|=01.25质量为m的物体以初速度v0，仰角30◦斜上抛，到达最高点．在此过程中，动量的增量为|Δp|=mv0sin30◦，重力的冲量为|I|=mv0/21.26光滑的冰面上由两个物体A,B，m A=3g，v A=(i+2j)m/s，m B=5g，v B=(9i+2j)m/s，两物体碰撞后粘为一体，其共同速度v=(6i+2j)m/s1.27直接用手按钉子，很难将其钉入木头内；若首先用5N的力挥动锤子2s，则锤子获得的动量大小为10N·s；若该运动的锤子敲击钉子，与钉子之间的相互作用持续2ms，则锤子与钉子之间的作用力大小为5kN．1.28升降梯将重100N的物体从地面送达高为10m的楼顶，花费了3s的时间．在此过程中，重力的冲量|I|=300N·s，重力做功W=−1000J，此物体的重力势能增加量ΔE p=1000J1.29水平路面上两个点A、B的距离为2m，某物体重500N，与地面的摩擦系数为0.2，物体由A运动至B．若物体沿着直线以3m/s的速度运动，摩擦力做功W f=−200J；若物体沿着直线以5m/s的速度运动，摩擦力做功W f=−200J；若物体沿着长度为4m的曲线运动，摩擦力做功W f=−400J1.30海水中两个点A、B的距离为2m，鱼受到正比于速度的阻力f=0.1v，由A运动至B．若鱼沿着直线以3m/s的速度运动，流体阻力做功W f=−0.6J；若鱼沿着直线以5m/s的速度运动，流体阻力做功W f=−1.0J；若鱼沿着长度为4m的曲线以5m/s的速度运动，摩擦力做功W f=−2.0J1.31判定正误：（1）沿着闭合路径，保守力做功等于零；···············································[✓]（2）保守力做功与运动路径无关；·····················································[✓]（3）保守力做正功，系统的势能减小；·················································[✓]（4）沿着保守力方向移动物体，物体的势能减小；·······································[✓]（5）非保守力的功一定为负值；...............................................................[×] 1.32质量为2kg的质点，速率由1m/s增加至2m/s，则外力做功的大小为3J1.33外力的冲量等于质点系统动量的增量．所有作用力的功，等于系统动能的增量．保守力做的功，等于系统势能的减少量．非保守力做的功，等于系统机械能的增量．1.34判定正误：（1）保守力做负功，则系统的机械能一定减小；................................................[×]（2）非保守力做负功，系统的势能一定增大；..................................................[×]（3）非保守力做负功，系统的机械能一定减小；·········································[✓]（4）一对相互作用内力能够改变系统的总动量；...............................................[×]（5）一对相互作用内力能够增加系统的总动能；·········································[✓]（6）作用力和反作用力大小相等方向相反，两者所作功的代数和必为零；.......................[×]课堂练习答案February 16,2014第二章连续介质力学2.1刚体的基本运动形式有平动和转动两种基本类型．2.2质量为m 的质点沿着半径为r 的圆周以角速度ω转动，其转动惯量J =mr 2．2.3质量为m ，半径为r 的均匀圆盘绕垂直于盘面的中心轴转动，转动惯量为12mr 2；质量为m ，长度为l 的细棒，对于过端点且垂直于棒的轴的转动惯量为13ml 2；质量为m ，长度为l 的细棒，对于过中点且垂直于棒的轴的转动惯量为112ml 2．2.4转动惯量为25kg ·m 2、半径为0.5m 的定滑轮绕中心轴转动，其边缘受到10N 的切向摩擦阻力，阻力矩的大小为5N ·m，其角加速度的大小为0.2s −2．2.5判定正误：（1）刚体受到的合外力不为零，则合外力矩一定不为零；..........................[×]（2）若外力穿过转轴，则它产生的力矩为零；································[✓]（3）若外力平行于转轴，则它对转轴的力矩为零；····························[✓]2.6判定正误：有两个力作用在一个有固定转轴的刚体上，则（1）这两个力都平行于轴作用时，它们对轴的合力矩一定是零；·················[✓]（2）这两个力都垂直于轴作用时，它们对轴的合力矩可能是零；·················[✓]（3）当这两个力的合力为零时，它们对轴的合力矩也一定是零；....................[×]（4）当这两个力对轴的合力矩为零时，它们的合力也一定是零；....................[×]2.7质量m 速率v 的质点做半径为r 的匀速率圆周运动，其角动量大小为mvr．2.8质量m 速率v 的质点沿着x 轴做匀速率直线运动，它相对于坐标点(x,y )的角动量大小为mvy ．2.9某恒星诞生之初的转动惯量为J ，角速度为ω．当燃料耗尽之后坍塌为白矮星，转动惯量为J/4，此时其转动角速度为4ω．2.10已知地球在近日点时距离太阳r 1，速率v 1，在远日点时距离太阳r 2，则速率v 2=v 1r 1/r 2．2.11判定正误：（1）刚体内部的相互作用力不能改变刚体的角动量；··························[✓]（2）若刚体的角动量守恒，则刚体所受合外力为零；...............................[×]（3）若外力平行于转轴，则刚体的角动量守恒；······························[✓]（4）若外力的延长线穿过转轴，则刚体角动量守恒；··························[✓]2.12判定正误：（1）对某个定轴转动刚体而言，内力矩不会改变刚体的角加速度；···············[✓]（2）一对作用力和反作用力对同一轴的力矩之和必为零；······················[✓]（3）质量相等而形状不同的两个刚体，受相同力矩，角加速度一定相同；...........[×]课堂练习答案第2章连续介质力学2.13选择：均匀细棒OA 可绕O 端自由转动，使棒从水平位置由静止开始自由下摆，在下摆过程中，则必有【D 】A ．角速度从小到大，角加速度不变B ．角速度从小到大，角加速度从小到大C ．角速度不变，角加速度为零D ．角速度从小到大，角加速度从大到小2.14转动惯量为J ，角速度为ω的定轴转动的刚体，其角动量为J ω，转动能量为12J ω2．2.15转动惯量为9.0kg ·m 2的定滑轮受到18N ·m 的力矩作用而转过了3.1rad ，则滑轮的角加速度为2.0rad /s 2，力矩做功56J ．2.16某发动机铭牌上标注转速为4000rpm 时，输出扭矩为60.5N ·m ，则此刻发动机的功率为25.3kW （rpm 的意思是revolutions per minute ）．2.17选择：假设卫星环绕地球中心作椭圆运动，则在运动过程中【B 】A ．角动量守恒，动能守恒B ．角动量守恒，机械能守恒C ．角动量不守恒，机械能守恒D ．角动量守恒，动量也守恒E ．角动量不守恒，动量也不守恒2.18杆件的变形种类可以分为伸缩、剪切、弯曲、扭转四种．2.19用10N 的拉力拽一条横截面为2mm 2的铁丝，则铁丝内部横截面上的正应力大小为5MPa ．2.20长度为2m 、横截面积为2mm 2的细钢丝，受到300N 的拉力后，长度增加了1.5mm ．则钢丝的正应变为7.5×10−4，正应力等于1.5×108Pa ，杨氏模量为2×1011Pa ．2.21上海环球金融中心大楼主体部分高度约400m ，其顶部在大风中摇摆的幅度约1m ，若将此视为剪切形变，则剪切应变为2.5×10−3．2.22一段自来水管，前半截直径为4cm ，流速为2m /s ；后半截直径为2cm ，则流速为8m /s ．课堂练习答案February 16,2014第三章静电场3.1近距作用观点认为，电荷之间的相互作用力是通过电场来传递的．3.2真空中的直角坐标系上有三点A (x 1,0)、B (0,y 2)及C (0,0)，在A 点放置点电荷q 1，B 点放置点电荷q 2，问C 点处的场强大小为14πε0√q 21/x 41+q 22/y 42．3.3在坐标(x,0)处有一点电荷q 1，在(0,y )处有另一点电荷q 2，则q 1与q 2之间的电场力大小为14πε0q 1q 2x 2+y 2．3.4一根很细的均匀带电量为Q (Q >0)的塑料棒弯成半径为R 的圆环，接口处留有宽为Δl 的空隙(Δl ≪R )，求环心处电场强度的大小和方向．解答：Q Δl 8π2ε0R 33.5在均匀电场E 中放入一个面积为A 的平板．若电场与平板垂直，则穿过平板的电通量大小为EA ；若电场与平板平行，则电通量大小为0．3.6某带电直线长度为2h ，电荷线密度为+λ，以直线的一个端点为中心，h 为半径作一个球面，则通过该球面的总电通量为d λ/ε0．3.7电量为q 的点电荷位于一立方体的中心，立方体边长为a ，则通过立方体一个面的电通量是q/(6ε0)；如果把这个点电荷放到一个半球面的球心处，则通过半球面的电通量是q/(2ε0)．3.8均匀带电球面内部的场强大小为0；电荷面密度为σ的无限大均匀带电平面周围的场强大小为σ/(2ε0)；电荷线密度为λ的无限长带电直线周围，与直线距离为r 的位置的场强大小为λ/(2πε0r )．3.9下列说法是否正确？为什么？（1）闭合曲面上各点场强为零时，该曲面的电通量必为零；·······························[✓]（2）闭合曲面的总电通量为零，该曲面上各点的场强必为零；..................................[×]（3）闭合曲面的总电通量为零，该曲面内必没有带电物体；.....................................[×]（4）闭合曲面内没有带电物体，曲面的总电通量必为零；·································[✓]（5）闭合曲面内净电量为零，曲面的电通量必为零；·····································[✓]（6）闭合曲面的电通量为零，曲面内净电量必为零；·····································[✓]（7）闭合曲面上各点的场强仅由曲面内的电荷产生；...........................................[×]（8）高斯定理的适用条件是电场必须具有对称性；.............................................[×]（9）若电场线从某处进入闭合曲面，则该处的电通量为正值．..................................[×]3.10两块相互平行的金属板之间存在着均匀电场E ，距离为l ，则两金属板之间的电势差为El．3.11与孤立点电荷q 距离为r 的点，其电势为q/4πε0r；孤立的均匀带电球面半径为R ，电量为q ，其内部空间的电势为q/4πε0R ．3.12在边长为a 的正方体中心处放置一点电荷Q ，设无穷远处为电势零点，则在正方体顶角处的电势为Q 2√3πε0a．3.13一对等量异号点电荷的电量分别为±q ，两者之间的距离为2l ，则它们连线中点的场强为q/2πε0l 2，电势为0．3.14沿着电场线的正方向，电势减小，正电荷的电势能减小，负电荷的电势能增加（填写“增加”或“减小”）．3.15在电压为U 的两点之间移动电量为Q 的电荷，电场力做功|W |=QU ．课堂练习答案第3章静电场3.16在夏季雷雨中，通常一次闪电过程中两点间的平均电势差约为100MV，通过的电量约为30C．一次闪电消耗的能量是3×109J．3.17真空中两个电量分别为q1,q2的点电荷，距离为l，它们之间的相互作用电势能为q1q24πε0l．3.18一个残缺的塑料圆环，携带净电量q，半径为r，环心处的电势为q/4πε0r．3.19判定正误：（1）电场强度相等的位置电势相等；..........................................................[×]（2）同一个等势面上的电场强度大小相等；....................................................[×]（3）某区域内电势为常量，则该区域内电场强度为零；···································[✓]（4）电势梯度大的位置电场强度大；···················································[✓]（5）电场线与等势面必然正交．······················································[✓] 3.20设真空电场中的电势分布用U表示，将一个电量为q的点电荷放入电场中，电势能用E p表示，判定下列说法的正误：（1）将电荷q从A点移动至无穷远，电场力做功等于qU A；·······························[✓]（2）将电荷q从无穷远处移动至A点，电场力做功等于E p A；..................................[×]（3）将电荷q从A点移动至B点，电场力做功等于qU AB；································[✓]（4）将电荷q从A点移动至B点，电场力做功等于E p B−E p A；................................[×]（5）缓慢移动电荷q，外力做的功等于电势能的减小量；.......................................[×] 3.21静电平衡时，导体内部任意一点的总电场强度大小为零，整个导体中任意位置的电势都相等，导体上的电荷只能分布在表面上．3.22地球可以看作是一个良好的导体，现在已知地球表面附近的电场强度近似为100V/m，方向指向地球中心，则地球表面的电荷密度为−100ε0．3.23判断正误：（1）实心导体内部空间是等电势体，但是表面不一定是等势面；................................[×]（2）空腔导体的内表面（空腔表面）上不会有净电荷；...........................................[×]（3）若导体空腔内无电荷，则空腔与导体是等电势的；···································[✓]（4）导体空腔表面的感应电荷量一定与空腔内部的总电荷量等值异号；·····················[✓]（5）导体表面附近的电场线一定与表面正交．··········································[✓] 3.24简答：静电屏蔽的含义是什么？有哪些类型的应用？3.25空气中面积为A，极板距离为d的平行板电容器，其电容为ε0A/d．3.26真空中的电容器的电压为U，电容为C，则其存储的电场能为W e=CU2/2．3.27真空静电场的能量密度表达式为w e=ε0E2/2．3.28有一平行板电容器，保持板上电荷量不变（充电后切断电源），现在使两极板间的距离d增大，则极板间的电场强度不变，电压增大，电容减小．（填写“增大”、“减小”或“不变”）3.29无极分子的电极化方式为位移极化，有极分子的电极化方式主要为转向极化．3.30电介质的极化现象与导体的静电感应现象有什么相似之处？3.31面积为S，极板距离为d的平行板电容器填充了相对介电常数为εr的均匀电介质后，平行板电容器的电容表达式为ε0εr S/d．4.1电量为q 的粒子以角速度ω做圆周运动，它形成的等效电流强度I =ωq/(2π)．4.2无限长的直导线载有电流I ，距离导线x 处的磁感应强度大小为μ0I 2πx；沿着直线运动的电荷，其运动的正前方的磁感应强度大小为0．4.3相互平行的直导线之间距离为d ；电流大小都是I ，方向相反；则两导线中点位置的磁场B =2μ0I πd ．4.4半径为R 的单匝环形导线载有电流I ，环心处的磁感应强度大小为μ0I 2R；该电流的磁矩大小为πR 2I ．4.5半径为R 的两个单匝圆形线圈正交放置，其圆心重合．若两个线圈中的电流大小都是I ，则圆心处的磁场B =√2μ0I 2R，两个电流环的总磁矩大小为√2πR 2I ．4.6边长为0.1m ，匝数为1000的正方形线圈，通电0.5A ，其磁矩大小为5A ·m 2．4.7下图中两导线中的电流绝对值分别为I 1，I 2，写出下列环路积分的值˛L 1B ·d l =μ0I 1˛L 2B ·d l =−μ0I 2˛L 3B ·d l =μ0(I 2−I 1)4.8如下图所示，直线电流I 从立方体的两个相对表面的中心穿过，则下列积分分别等于˛abcda B ·d l =0¨abcd B ·d S =0˛bcgfb B ·d l =μ0I ¨bcgf B ·d S =04.9无限长的空心直螺线管，线圈数密度为n ，横截面积为S ，载流I ，则其管内的磁场B =μ0nI ，横截面上的磁通量为μ0nIS ．4.10一个电子以速度v =(5×104j )m /s 射入均匀磁场B =(0.4i +0.5j )T 中，受到的洛仑兹力F =3.2×10−15k N4.11判断正误：（1）均匀磁场不会改变带电粒子的速率；···············································[✓]（2）非均匀磁场的洛仑兹力能够对运动电荷做正功；...........................................[×]（3）受到洛仑兹力后，带电粒子的动能和动量都不变．.........................................[×]4.12判断正误：（1）闭合载流线圈在均匀磁场中受到的总磁场力为零；···································[✓]（2）闭合载流线圈在均匀磁场中受到的磁力矩为零；...........................................[×]（3）电流方向相同的平行直导线相互吸引；·············································[✓]（4）载流长直螺线管中的多匝线圈之间相互排斥．.............................................[×]4.13磁介质按照磁化率可以分为顺磁质、抗磁质、铁磁质三类．4.14铁磁材料按照磁滞回线的形状可以分为硬磁材料、软磁材料两类．5.1如下图所示，导线回路L的形状不变，而其位置正在发生移动．根据楞次定律判定各回路中是否有感应电流；若有，请用箭头标记其环绕方向．5.2如下图所示，导线回路L的形状与位置皆不变．图(a)、图(b)中电流I正在增大；图(c)、图(d)中的磁棒正在运动．根据楞次定律判定各回路中是否有感应电流；若有，请用箭头标记其环绕方向．5.3边长D=0.1m的单匝正方形导线框绕其对角线以3000rev/min的角速度转动，均匀磁场B=1mT 与其转轴垂直．则导线框中的最大磁通量为10−5Wb，最大电动势为3.14mV．5.4判定正误：（1）电动势可以由保守力来担当；.............................................................[×]（2）静电力不可能担当电动势的角色；·················································[✓]（3）在一个孤立的电池内部，电动势与静电力的方向相反；·······························[✓] 5.5感应电动势分为两类：导体在磁场中运动产生的电动势叫做动生电动势，磁场分布随时间变化引起的电动势称为感生电动势．5.6动生电动势的实质是运动电荷受洛仑兹力的结果；感生电动势则来源于感生电场，而感生电场是由变化的磁场所激发的．5.7在均匀的磁场B中，一条长度为l的铁棒以速率v运动，铁棒两端能够产生的最大电压值为Blv伏，最小电压值为0伏．5.8判定正误：（1）感生电场是由电荷产生的；...............................................................[×]（2）感生电场是保守场；.....................................................................[×]（3）空间中没有磁场的位置一定没有感生电场．...............................................[×] 5.9条形磁铁平行于大块的金属平板移动，其N极朝向金属平板，定性的画出磁铁N极附近的涡流与磁铁运动方向之间的关系．5.10某电路的电流变化引发周围另外一个电路中产生电流，此现象叫做互感．5.11自感系数为L的线圈，通过电流I，则其储存的磁能是LI2/2．5.12有两个半径相接近的圆线圈，问如何放置方可使其互感最小？如何放置可使其互感最大？解答：共⾯同⼼放置互感⼤；相互垂直放置互感为零．5.13用康铜丝绕成的标准电阻要求没有自感，问怎样绕制方能使其自感为零？试说明其理由．5.14位移电流的实质是什么？位移电流与传导电流有什么不同？解答：变化的电场；第六章振动和波动6.1已知某质点在x 轴上运动，用国际单位制表示为x =2cos (100πt +1.5)，它的振幅为2，角频率为100π，频率为50，初相位是1.5，最大速率等于200π，最大加速度是20000π2解答：将已知等式与振动的⼀般形式对⽐：x =A cos (ωt +φ0)=A cos (2πft +φ0)v =d x d t ,v m =ωA ;a =d v d t ,a m =ω2A 6.2时间t =1时，x =2cos (5t +1)与y =3cos (7t +2)的相位差等于3解答：(7t +2)−(5t +1)=(2t +1) t =1=36.3质量为10.0g 的钢球悬挂在劲度系数为100N /m 的弹簧下振动，周期为π/50s解答：T =2πω=2π√m k6.4半个周期为1s 的摆称作秒摆，地球上秒摆的摆长大约为1m 解答：T =2s ，g ≃π2，T =2π√l/g ，l =T 2g/(4π2)=16.5谐振子的位移为振幅的一半时，其动能与总能量的比值为3:4解答：x =A/2，总能量E =12kA 2，势能E p =12kx 2=18kA 2，动能E k =E −E p =38kA 26.6判定正误：（1）简谐振动的初相位角在第一象限，则初速度为负；···································[✓]（2）简谐振动的初相位角在第三象限，则初速度为正；···································[✓]（3）简谐振动的初位移为正，则初相位角在二、三象限；.......................................[×]（4）简谐振动的初位移为负，则初相位角在三、四象限；.......................................[×]（5）单摆简谐振动的角频率就是摆线绕悬挂点的角速度；......................................[×]6.7产生速度共振的条件是什么？解答：驱动⼒的频率等于系统固有频率6.8两个同方向的振动分别为y 1=3cos (50t +φ10)、y 2=4cos (50t +φ20)，若φ10−φ20=2π，则合振动的振幅A =7；若φ10−φ20=3π，则A =1；若φ10−φ20=−90◦，则A =5解答：A =√A 21+A 22+2A 1A 2cos Δφ6.9两个同方向的振动分别为x 1=3cos (2π500t +1.1)、x 2=3cos (2π498t +1.6)；则拍频f beat =2Hz 6.10频率相同的两个相互垂直的振动，相位差是90◦，则合振动的轨迹一般是椭圆6.11振动方向与传播方向相同的波称为纵波；振动方向与传播方向垂直的波称为横波6.12一列横波的波函数为y =0.05cos (10πt −4πx )SI ，则频率f =5Hz ，波长λ=0.5m ，波速c =2.5m /s ，座标x =2m 的质点在t =1s 的相位等于2πrad6.13空气中的声速约u =330m /s ，声音频率f =1000Hz ，则波长λ=0.33m；若水中的声波波长λ=1.5m ，周期T =1ms ，则水声波速c =1500m /s课堂练习答案第6章振动和波动6.14真空中的电磁波波速c=3.0×108m/s，可见光的波长按照“红橙黄绿青蓝紫”的顺序依次递减，范围是760～400nm，计算可见光的频率范围．解答：(4.0～7.5)×1014Hz6.15波场中的介质都在参与简谐振动．若锁定某个质元观察，时间每增加一个周期T，该质元的相位增加2π；若锁定某个时刻观察，沿着波传播的方向，距离每增大一个波长λ，相应质元振动的相位减小2π6.16波动由a点传播到b点的时间是Δt，若a点的振动规律是f(t)，那么b点的振动规律是f(t−Δt) 6.17波动由a点传播到b点的距离是l，波长为λ．若a点的振动规律是A sin(ωt)，那么b点的振动规律是A sin(ωt−2πl/λ)6.18判定正误：（1）流体中不可以传播横波；························································[✓]（2）固体中不可以传播纵波；.................................................................[×]（3）空气中的声波是纵波；··························································[✓]（4）水面波是横波；..........................................................................[×]（5）介质的速度与波的速度是两个不同的物理量；·······································[✓]（6）介质能够随着波动一起向远方传送；......................................................[×]（7）波的传播速度由介质决定；·······················································[✓] 6.19波动绕过障碍物传播的现象叫做衍射．6.20某种介质中的光速是真空光速的1/k，则该介质的折射率是k．6.21驻波中静止不动的点叫做波节，振幅最大的点叫做波腹；两个波节之间的距离是波长的0.5倍．6.22一段两端固定的琴弦，长度为0.5m，它的基波波长为1m．6.23一支细长玻璃管的一端密封，另一端开口．在玻璃管中注入水，可以改变其中的空气柱长度．假设空气中的声速为340m/s，想要在玻璃管中吹奏出基频为1000Hz的声波，玻璃管中的空气柱长度应为85mm．6.24电磁波垂直穿过厚度为e折射率为n的玻璃，则玻璃中的波程为ne6.25振幅相同的普通声波(500Hz)和超声波(50000Hz)，后者的声强是前者的10000倍，后者的声强级比前者多40dB．6.26声强级增加1B，则声波的声强变成原来的10倍．6.27假设声速为330m/s，高速列车鸣笛的频率为1000Hz，而铁路边的执勤人员接收到的频率为1500Hz，则此时列车的速度为396km/h．6.28据说俄罗斯的“米格-31”战斗机可以在高空加速到3.2马赫，这表示此飞机的速度可以达到声速的3.2倍．如果某战斗机以2.0马赫的速度巡航，它在空气中激发的激波的半顶角大小为30◦．课堂练习答案February16,2014第七章波动光学7.1双缝的间距为0.15mm，在距离1.0m处测得第1级暗纹和第10级暗纹之间的距离为36mm，则相邻明条纹的间距为4mm，光的波长等于600nm．7.2在双缝中某一个缝的后面覆盖一片玻璃，使得从此缝出射的光的光程增大5λ，则屏幕上的干涉图案将整体平移5个条纹．7.3判断正误：（1）双缝的距离减小，则干涉条纹的间距增大；······························[✓]（2）光的波长增大，则双缝干涉条纹的间距变小；.................................[×]（3）接收屏的距离增大，则双缝干涉条纹的间距变小；.............................[×]（4）用白光进行双缝干涉，零级明纹是彩色的；...................................[×]（5）将整个双缝干涉装置从空气中搬到水中，干涉条纹的间距变小；·············[✓]7.4判断正误：（1）光从空气中垂直入射到玻璃上，其反射光存在半波损失；···················[✓]（2）光从空气中垂直入射到玻璃上，其折射光存在半波损失；......................[×]（3）光从水中垂直入射到空气中，其反射光存在半波损失；........................[×]（4）光从水中垂直入射到空气中，其折射光存在半波损失；........................[×]（5）雷达波从大气中近似平行入射到湖面上，其反射波存在半波损失；···········[✓]（6）透镜的物点与像点之间的所有光线是等光程的．··························[✓]7.5判断正误：（1）若尖劈膜的顶角减小，则等厚干涉条纹的间距也减小；........................[×]（2）若尖劈膜的顶角减小，则等厚干涉条纹向顶尖方向移动；......................[×]（3）若尖劈膜的顶角增大，则顶尖处干涉条纹的明暗交替变化；....................[×]（4）保持尖劈膜的倾角不变而使其厚度增大，则干涉条纹向着顶尖方向移动；·····[✓]（5）保持尖劈膜的倾角不变而使其厚度增大，则干涉条纹间距不变；·············[✓]“等厚干涉”就是厚度均匀的薄膜产生的干涉．................................[×]（6）7.6增透膜的最小光学厚度是真空波长的1/4倍；增反膜的最小光学厚度是真空波长的1/4倍．7.7等厚干涉中，相邻明（暗）条纹对应的薄膜厚度之差为薄膜中的波长的0.5倍．7.8在反射光干涉中，空气尖劈顶尖处的干涉条纹是明还是暗？透射光形成的空气中的牛顿环，中心点是明还是暗？解答：暗；明7.9判断正误：（1）若狭缝的宽度减小，则单缝衍射的中央明纹角宽度减小；......................[×]（2）若波长减小，则单缝衍射中央明纹的角宽度减小；························[✓]。
