河北科技大学大学物理答案磁介质

第9章思考题9-1 理想气体物态方程是根据哪些实验定律导出的，其适用条件是什么？9-2内能和热量的概念有何不同？下面两种说法是否正确？(1) 物体的温度愈高，则热量愈多；(2) 物体的温度愈高，则内能愈大？9-3 在p-V图上用一条曲线表示的过程是否一定是准静态过程？理想气体经过自由膨胀由状态(p1,V1,T1)改变到状态(p2,V2,T1)，这一过程能否用一条等温线表示。

9-4有可能对物体传热而不使物体的温度升高吗？有可能不作任何热交换，而系统的温度发生变化吗？9-5在一个房间里，有一台电冰箱在运转着，如果打开冰箱的门，它能不能冷却这个房间？空调为什么会使房间变凉？9-6根据热力学第二定律判别下列两种说法是否正确？(1) 功可以全部转化为热，但热不能全部转化为功；(2) 热量能够从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体。

9-7 一条等温线和一条绝热线是否能有两个交点？为什么？9-8 为什么热力学第二定律可以有许多不同的表述？9-9 瓶子里装一些水，然后密闭起来。

忽然表面的一些水温度升高而蒸发成汽，余下的水温变低，这件事可能吗？它违反热力学第一定律吗？它违反热力学第二定律吗？9-10有一个可逆的卡诺机，以它做热机使用时，若工作的两热源温差愈大，则对做功越有利；当作制冷机使用时，如果工作的两热源温差愈大时，对于制冷机是否也愈有利？（从效率上谈谈）9-11可逆过程是否一定是准静态过程？准静态过程是否一定是可逆过程？有人说―凡是有热接触的物体，它们之间进行热交换的过程都是不可逆过程。

‖这种说法对吗？9-12如果功变热的不可逆性消失了，则理想气体自由膨胀的不可逆性也随之消失，是这样吗？9-13热力学第二定律的统计意义是什么？如何从微观角度理解自然界自发过程的单方向性？9-14西风吹过南北纵贯的山脉：空气由山脉西边的谷底越过，流动到山顶到达东边，在向下流动。

空气在上升时膨胀，下降时压缩。

若认为这样的上升、下降过程是准静态的，试问这样的过程是可逆的吗？9-15 一杯热水置于空气中，他总要冷却到与周围环境相同的温度。

大学物理第五版马文蔚课后答案解析（上）7~87-1 分析与解在两根通过电流相同的螺线管中，磁感强度大小与螺线管线圈单位长度的匝数成正比．根据题意，用两根长度相同的细导线绕成的线圈单位长度的匝数之比21==R r n n r R 因而正确答案为（C ）。

7-2 分析与解作半径为r 的圆S ′与半球面构成一闭合曲面，根据磁场的高斯定理，磁感线是闭合曲线，闭合曲面的磁通量为零，即穿进半球面S 的磁通量等于穿出圆面S ′的磁通量；S B ?=mΦ．因而正确答案为（D ）．7-3 分析与解由磁场中的安培环路定律，磁感强度沿闭合回路的积分为零时，回路上各点的磁感强度不一定为零；闭合回路上各点磁感强度为零时，穿过回路的电流代数和必定为零。

因而正确答案为（B ）．7-4 分析与解由磁场中的安培环路定律，积分回路外的电流不会影响磁感强度沿回路的积分；但同样会改变回路上各点的磁场分布．因而正确答案为（C ）．7-5 分析与解利用安培环路定理可先求出磁介质中的磁场强度，再由M ＝（μｒ－1）H 求得磁介质的磁化强度，因而正确答案为（B ）7-6 分析一个电子绕存储环近似以光速运动时，对电流的贡献为c I e I /Δ=，因而由lNecI =，可解出环中的电子数。

解通过分析结果可得环中的电子数10104?==ecIlN 7-7 分析一个铜原子的质量A N M m /=,其中N A为阿伏伽德罗常数，由铜的密度ρ可以推算出铜的原子数密度m ρn /=根据假设，每个铜原子贡献出一个自由电子，其电荷为e ，电流密度d m ne j v =．从而可解得电子的漂移速率v d．将电子气视为理想气体，根据气体动理论，电子热运动的平均速率em kT π8=v其中k 为玻耳兹曼常量，m e 为电子质量．从而可解得电子的平均速率与漂移速率的关系．解（1）铜导线单位体积的原子数为M ρN n A /=电流密度为j m 时铜线电子的漂移速率14s m 1046.4//--??===e ρN M j ne j A m m d v（2）室温下（T ＝300Ｋ）电子热运动的平均速率与电子漂移速率之比为81042.2π81?≈=ed d m kTv v v 室温下电子热运动的平均速率远大于电子在恒定电场中的定向漂移速率．电子实际的运动是无规热运动和沿电场相反方向的漂移运动的叠加．考虑到电子的漂移速率很小，电信号的信息载体显然不会是定向漂移的电子．实验证明电信号是通过电磁波以光速传递的．7-8 分析如图所示是同轴柱面的横截面，电流密度j 对中心轴对称分布．根据恒定电流的连续性，在两个同轴导体之间的任意一个半径为r 的同轴圆柱面上流过的电流I 都相等，因此可得rl I j π2/=解由分析可知，在半径r ＝6.0mm 的圆柱面上的电流密度2m m A 3.13π2/-?==rl I j7-9 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()RIμR R IR μB 24202/3220=+=因此赤道上的等效圆电流为A 1073.12490==μRBI 由于在地球地磁场的Ｎ极在地理南极，根据右手螺旋法则可判断赤道圆电流应该是由东向西流，与地球自转方向相反．7-10 分析根据叠加原理，点O 的磁感强度可视作由ef 、be 、fa 三段直线以及acb 、a d b 两段圆弧电流共同激发．由于电源距环较远，0=ef B ．而be 、fa 两段直线的延长线通过点O ，由于0Idl r ?=，由毕－萨定律知0be fa ==B B ．流过圆弧的电流I 1、I 2的方向如图所示，两圆弧在点O 激发的磁场分别为21101π4r l I μB =,22202π4r l I μB =其中I 1、I 2分别是圆弧acb 、a d b 的弧长，由于导线电阻R 与弧长l 成正比，而圆弧acb 、a d b 又构成并联电路，故有2211l I l I =将B1、B2叠加可得点O 的磁感强度B ．解由上述分析可知，点O 的合磁感强度0π4π42220211021=-=-=r l I μr l I μB B B7-11 分析应用磁场叠加原理求解．将不同形状的载流导线分解成长直部分和圆弧部分，它们各自在点O 处所激发的磁感强度较容易求得，则总的磁感强度∑=i B B 0解（ａ）长直电流对点O 而言，有0=?r l Id ，因此它在点O 产生的磁场为零，则点O 处总的磁感强度为1/4圆弧电流所激发，故有RI μB 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-=（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 分析由教材7－4节例题可知，圆弧载流导线在圆心激发的磁感强度RαI μBπ40=，其中α为圆弧载流导线所的圆心角，磁感强度的方向依照右手定则确定；半无限长载流导线在圆心点O 激发的磁感强度RI μB π40=，磁感强度的方向依照右手定则确定。

第15章磁介质一、物质的磁化1、磁介质中的磁场设真空中的磁感应强度为的磁场中，放进了某种磁介质，在磁场和磁介质的相互作用下，磁介质产生了附加磁场，这时磁场中任意一点处的磁感应强度2、磁导率由于磁介质产生了附加磁场磁介质中的磁场不再等于原来真空中的磁场，定义和的比值为相对磁导率：介质中的磁导率：式中为真空中的磁导率3、三种磁介质（1）顺磁质：顺磁质产生的与方向相同，且。

略大于1（2）抗磁质：抗磁质产生的与方向相反，且。

略小于1（3）铁磁质：铁磁质产生的与方向相同，且。

远大于1二、磁化强度1、磁化强度定义为单位体积中分子磁矩的矢量和即：2、磁化强度与分子面电流密度的关系：式中为磁介质外法线方向上的单位矢量。

3、磁化强度的环流即磁化强度对闭合回路的线积分等于通过回路所包围面积内的总分子电流三、磁介质中的安培环路定律1、安培环流定律在有磁介质条件下的应用即：2、磁场强度定义为：3、磁介质中的安培环路定律：4、应用磁介质中的安培环路定律的注意点：（1）的环流只与传导电流有关，与介质（或分子电流）无关。

（2）的本身（）既有传导电流也与分子电流有关。

既描写了传导电流磁场的性质也描写了介质对磁场的影响。

（3）要应用磁介质中的安培环路定律来计算磁场强度时，传导电流和磁介质的分布都必须具有特殊的对称性。

5、磁介质中的几个参量间的关系：（1）磁化率（2）与的关系（3）与等之间的关系四、磁场的边界条件（界面上无传导电流）1、磁介质分界面两边磁感应强度的法向分量连续，即：2、磁介质分界面两边的磁场强度的切向分量连续，即：3、磁感应线的折射定律（意义如图15-1所示）五、铁磁物质1、磁畴：电子自旋磁矩取向相同的小区域。

2、磁化曲线（图15-2中曲线）3、磁导率曲线（图15-2中曲线）4、磁滞回线（图15-3）图中为饱和磁感应强度为剩磁，为矫顽力。

5、铁磁质与非铁磁质的主要区别：铁磁物质产生的附加磁场的比原来真空中的磁场大得多。

磁性物理学课后答案磁性物理学作为物理学的一门重要分支，涉及到电磁现象和自旋相互作用等方面的知识。

在学习的过程中，我们可能会遇到一些难题和问题，在此提供一些磁性物理学的课后答案作为参考，希望能够对大家的学习有所帮助。

问题一：什么是磁性？磁性是物质具有吸引和排斥的性质，所以具有磁性的物质可以被磁铁吸引或排斥。

磁性的来源是物质内部的自旋磁矩和轨道磁矩。

根据物质的磁性，可以将其分为顺磁性、抗磁性和铁磁性。

问题二：什么是轨道磁矩？轨道磁矩是围绕原子中心的电子轨道运动所产生的磁矩。

它的方向和大小与电子轨道的运动方式、运动的速度以及电子的电荷等因素有关。

由于电子轨道的存在，轨道磁矩是影响物质磁性的重要因素之一。

问题三：什么是自旋磁矩？自旋磁矩是由于电子自身的自旋而产生的磁矩。

电子的自旋可以看作是一个 tiny 的“旋转”，它具有磁性。

因此，具有自旋的电子在外磁场中会产生额外的能量，这被称为自旋能量。

与轨道磁矩类似，自旋磁矩也是影响物质磁性的重要因素之一。

问题四：什么是顺磁性？顺磁性是指物质对外磁场呈现出弱的磁性吸引，外磁场作用下，顺磁性物质中的自旋磁矩和轨道磁矩会被激发，进而形成一个微弱的磁矩。

顺磁性物质中的自旋和轨道磁矩是独立存在的。

问题五：什么是抗磁性？抗磁性是指物质对外磁场呈现出微弱的磁性排斥，外磁场作用下，抗磁性物质中的自旋磁矩和轨道磁矩被激发后，形成了一个微弱的磁矩，但它与外磁场的方向相反。

抗磁性物质中的自旋和轨道磁矩是相互作用的。

问题六：什么是铁磁性？铁磁性是指物质对外磁场的呈现出强的磁性吸引，外磁场作用下，铁磁性物质中的自旋磁矩和轨道磁矩会被激发，形成一个强磁矩。

铁磁性物质中的电子的自旋和轨道是相互耦合的，因此铁磁性物质在外磁场作用下表现出强的磁性。

问题七：什么是居里温度？居里温度是指物质在经历一定的温度变化后，磁化率发生易于改变的现象。

当物质被加热到一定温度以下时，其磁性会随温度升高而增强，到达一个最高点后开始急剧下降，直到变为非磁性。

习 题10-1 在边长为a 的正方形的四角，依次放置点电荷24 q q q -、、和2q ，它的正中放着一个单位正电荷，求这个电荷受力的大小和方向。

解：两个2q 的电荷对中心电荷的作用力大小相等，方向相反，合力为0。

q 对中心电荷的作用力2/4201a qeF πε=，方向背离q 指向中心；q 4-对中心电荷的作用力2/44202a qeF πε=，方向由中心指向q 4-电荷，与1F 同向，所以中心电荷所受的合力 202125a qeF F F πε=+=，方向由中心指向q 4-电荷。

10-2 把某一电荷分成q 与()Q q -，两个部分，且此两部分相隔一定距离，如果使这两部分有最大库仑斥力，则Q 与q 有什么关系？ 解：q 与q Q -为同性电荷，斥力()0420>-=r q Q q F πε，最大时0d d =q F ，2/Q q = 10-5 两根无限长的均匀带电直线相互平行，相距为2a ，线电荷密度分别为l +和l -，求每单位长度的带电直线所受的作用力。

解：线电荷密度为l +直线在距线2a 的地方的场强为al E 04πε=，方向垂直于指向向外，线电荷密度为l -单位长度带电直线所受的作用力==lE F al 024πε，为引力。

10-6把电偶极矩p ql =的电偶极子放在点电荷Q 的电场内，p 的中心O 到Q 的距离为()r r l ?，分别求：(1)p QO P 和(2)p QO ^时电偶极子所受的力F 和力矩M 。

解：（1）p ∥QO 时，电偶极子在Q 位置的场强为3042rpE πε=方向与电偶极矩的方向相同，q 2qq 4q 2因此电荷受的力为3042rQpF πε='，方向与电偶极矩的方向相同。

所以电偶极子所受的力 302r QpF πε=，方向与电偶极矩的方向相反；Q 在电偶极子处的场强204rQ E πε=，方向由Q 指向p ，与p 的方向平行，电偶极子受的力矩0=⨯=E p M 。

第一章 质点运动学1-1.质点运动学方程为k j i r t t R t R 3cos sin ++=(SI),求2π=t 时的速度和加速度 (写出正交分解式) 解：k j i rv 3sin cos d d +-==t R t R t ，当2π=t 时，k j v 3+-=R ；j i va t R t R t cos sin d d --==，当2π=t 时，i a R -= 1-2．一质点沿直线运动，其坐标x 与时间t 有如下关系()t A x α--=e 1（SI ）（A 、α皆为常数），求任意时刻t 质点的速度和加速度。

解：t A tx αα-==e d d v ，t A t a αα--==e d d 2v1-3．一质点运动的加速度为j i a 232t t +=（SI ），其初始速度与初始位矢均为0，求：（1）则2s t =时该质点的速度；（2）该质点的运动方程。

解：⎰⎰⎰+===2220d )32(d d t t t t j i a v vv j i 32t t +=，当s 2=t 时，()m/s 84j i v +=⎰⎰⎰+===ttrt t t t 03200d )(d d j i v r r，运动方程为()SI 413143j i r t t +=，1-4.一个质点在x 轴上作直线运动，运动方程为32348x t t =++（SI ），求：（1）任意时刻质点的速度和加速度；（2）在2s t =和3s t =时刻，质点的位置、速度和加速度；（3）在2s t =到3s t =时间内，质点的平均速度和平均加速度。

(1)由速度和加速度的定义式，可求得()()1223s m 89d 843d d d v -⋅+=++==t t t t t t x()()22s m 818d 89d d dv -⋅+=+==t tt t t a (2) t =2s 时，()m 488242323=+⨯+⨯=x()12s m 522829-⋅=⨯+⨯=v ， ()2s m 448218-⋅=+⨯=at =3s 时， ()m 1258343323=+⨯+⨯=x ， ()12s m 1053839-⋅=⨯+⨯=v ()2s m 628318-⋅=+⨯=a ，(3) ()1s m 772348125-⋅=--=∆∆=t x v ， ()2s m 532352105-⋅=--=∆∆=t a v 1-5 一升降机以加速度a 上升，在上升过程中有一螺钉从天花板上松落，升降机的天花板与底板相距为d ，求螺钉从天花板落到底板上所需的时间。

第七章 磁介质一、判断题1、顺磁性物质也具有抗磁性。

√2、只有当M=恒量时，介质内部才没有磁化电流。

×3、只要介质是均匀的，在介质中除了有体分布的传导电流的地方，介质内部无体分布的磁化电流。

√4、磁化电流具有闭合性。

√5、H仅由传导电流决定而与磁化电流无关。

×6、均匀磁化永久磁棒内B H 与方向相反，棒外B H与方向相同。

√7、在磁化电流产生的磁场中，H 线是有头有尾的曲线。

√8、由磁场的高斯定理⎰=⋅0s d B ，可以得出⎰=⋅0s d H 的结论。

×9、一个半径为a 的圆柱形长棒，沿轴的方向均匀磁化，磁化强度为M ，从棒的中间部分切出一厚度为b<<a 的薄片，假定其余部分的磁化不受影响，则在间隙中心点和离间隙足够远的棒内一点的磁场强度相等。

×10、磁感线在两种不同磁介质的分界面上一般都会发生“折射”，设界面两侧介质的相对磁导率分别为21r r μμ和，界面两侧磁感线与界面法线的夹角分别为212121r r tg tg μμ=θθθθ，则有和。

√二、选择题1、在一无限长螺线管中，充满某种各向同性的均匀线性介质，介质的磁化率为m χ设螺线管单位长度上绕有N 匝导线，导线中通以传导电流I ，则螺线管内的磁场为：（A ）NI B 0μ= (B)NI B 021μ=(C)()NI B m χμ+=10(D)()NI B m χ+=1C2、在均匀介质内部，有传导电流处，一定有磁化电流，二者关系如下：（A ）C r M J J）（1-μ= (B)C r M J J μ=(C)C M J J =(D)r rM J μ-μ=1 A3、图是一根沿轴向均匀磁化的细长永久磁棒，磁化强度为M 图中标出的1点的B 是： （A ）M 0μ (B)0(C)M 021μ (D)M 021μ-A4、图中一根沿轴线均匀磁化的细长永久磁棒，磁化强度为M ，图中标出的1点的H 是： （A ）1/2M （B ）-1/2M （C ）M（D ）0 B5、图中所示的三条线，分别表示三种不同的磁介质的B —H 关系，下面四种答案正确的是：（A ）Ⅰ抗磁质，Ⅱ顺磁质, Ⅲ铁磁质。