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物理学教程第二版下册答案

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物理学教程下册答案

第九章静电场

9- 1电荷面密度均为+ 的两块"无限大”均匀带电的平行平板如图 (A) 放置，其周围空间各点电场强度 E(设电场强度方向向右为正、向左为负)随 位置坐标x变化的关系曲线为图(B)中的( )

题9-1 图

分析与解 “无限大”均匀带电平板激发的电场强度为 丄，方向沿带电平

2©

板法向向外，依照电场叠加原理可以求得各区域电场强度的大小和方向 •因

而正确答案为(B).

9-2下列说法正确的是( )

(A) 闭合曲面上各点电场强度都为零时，曲面内一定没有电荷

(B) 闭合曲面上各点电场强度都为零时，曲面内电荷的代数和必定为零

(C) 闭合曲面的电通量为零时，曲面上各点的电场强度必定为零

(D) 闭合曲面的电通量不为零时， 曲面上任意一点的电场强度都不可能为零 分析与解依照静电场中的高斯定理，闭合曲面上各点电场强度都为零时，

曲面内电荷的代数和必定为零， 但不能肯定曲面内一定没有电荷； 闭合曲面

的电通量为零时，表示穿入闭合曲面的电场线数等于穿出闭合曲面的电场线 数或没有电场线穿过闭合曲面，不能确定曲面上各点的电场强度必定为零； 同理闭合曲面的电通量不为零， 也不能推断曲面上任意一点的电场强度都不

可能为零，因而正确答案为 (B).

9-3下列说法正确的是( )

(A) 电场强度为零的点，电势也一定为零

(B) 电场强度不为零的点，电势也一定不为零

(C) 电势为零的点，电场强度也一定为零

(D) 电势在某一区域内为常量，则电场强度在该区域内必定为零

分析与解 电场强度与电势是描述电场的两个不同物理量， 电场强度为零表

示试验电荷在该点受到的电场力为零， 电势为零表示将试验电荷从该点移到 仅供个人参考

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参考零电势点时，电场力作功为零 •电场中一点的电势等于单位正电荷从该

点沿任意路径到参考零电势点电场力所作的功；电场强度等于负电势梯度 • 仅供个人参考

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因而正确答案为(D).

*9 — 4在一个带负电的带电棒附近有一个电偶极子，其电偶极矩 p的方向

如图所示.当电偶极子被释放后，该电偶极子将 ( )

线方向朝着棒尖端移动

题9-4图

分析与解 电偶极子在非均匀外电场中， 除了受到力矩作用使得电偶极子指

向电场方向外，还将受到一个指向电场强度增强方向的合力作用， 因而正确

答案为(B).

21 9— 5精密实验表明，电子与质子电量差值的最大范围不会超过土 10— e,

—21

而中子电量与零差值的最大范围也不会超过土 10 e,由最极端的情况考

虑，一个有8个电子，8个质子和8个中子构成的氧原子所带的最大可能净电 荷是多少？ 若将原子视作质点，试比较两个氧原子间的库仑力和万有引力 的大小.

21

分析 考虑到极限情况， 假设电子与质子电量差值的最大范围为 2X10— e,

—21

中子电量为10— e,则由一个氧原子所包含的 8个电子、8个质子和8个中子 可求原子所带的最大可能净电荷 •由库仑定律可以估算两个带电氧原子间的 库仑力，并与万有引力作比较 •

解 一个氧原子所带的最大可能净电荷为 二个氧原子间的库仑力与万有引力之比为

21

显然即使电子、质子、中子等微观粒子带电量存在差异，其差异在土 10— e

范围内时，对于像天体一类电中性物体的运动， 起主要作用的还是万有引力•

9— 6 1964年，盖尔曼等人提出基本粒子是由更基本的夸克构成， 中子就是

2 1

由一个带一e的上夸克和两个带 e的下夸克构成.若将夸克作为经典粒

3 3

—20 — 15

子处理(夸克线度约为10 m),中子内的两个下夸克之间相距 2.60 10 m •

求它们之间的相互作用力 解 由于夸克可视为经典点电荷，由库仑定律 (A) 沿逆时针方向旋转直到电偶极矩

(B) 沿逆时针方向旋转至电偶极矩

朝着棒尖端移动

(C) 沿逆时针方向旋转至电偶极矩

朝远离棒尖端移动

(D) 沿顺时针方向旋转至电偶极矩 p水平指向棒尖端而停止

p水平指向棒尖端，同时沿电场线方向

p水平指向棒尖端，同时逆电场线方向

p水平方向沿棒尖端朝外，同时沿电场 仅供个人参考

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F与径向单位矢量&方向相同表明它们之间为斥力 •

9-7 点电荷如图分布，试求 P点的电场强度.

分析 依照电场叠加原理，P点的电场强度等于各点电荷单独存在时在 P点激

发电场强度的矢量和.由于电荷量为q的一对点电荷在P 点激发的电场强度大 小相等、方向相反而相互抵消， P点的电场强度就等于电荷量为 2.0 q的点电

荷在该点单独激发的场强度 .

解根据上述分析

题9-7 图

9-8 若电荷Q均匀地分布在长为L的细棒上.求证：(1)在棒的延长线， 且离棒中心为r处的电场强度为

(2)在棒的垂直平分线上，离棒为 r处的电场强度为

若棒为无限长(即L* )，试将结果与无限长均匀带电直线的电场强度相比

较.

题9-8 图

分析这是计算连续分布电荷的电场强度.此时棒的长度不能忽略，因而不

能将棒当作点电荷处理.但带电细棒上的电荷可看作均匀分布在一维的长直

线上.如图所示，在长直线上任意取一线元 dx,其电荷为dq = Qdx/L,它在

点P的电场强度为

整个带电体在点P的电场强度

接着针对具体问题来处理这个矢量积分 .

(1) 若点P在棒的延长线上，带电棒上各电荷元在点 P的电场强度方向相

同，

(2) 若点P在棒的垂直平分线上，如图 (a)所示，则电场强度E沿x轴方向

的分量因对称性叠加为零，因此，点 P的电场强度就是

证(1)延长线上一点P的电场强度E 如”，利用几何关系 r'

L2n

=r — x统一积分变量，则

l 严 1 Qdx Q ~ 1 1 I 1 Q

P 丄/24n©Lr—x2 4 noL k -L/2 r L/2 n© 4r2 - L2

电场强度的方向沿x轴.

(2)根据以上分析，中垂线上一点 P的电场强度E的方向沿y轴，大小为

利用几何关系 sin a= r/r', r^ . r2 x2统一积分变量，则 仅供个人参考

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当棒长Lis时，若棒单位长度所带电荷 X为常量，则P点电场强度

此结果与无限长带电直线周围的电场强度分布相同 ［图(b):.这说明只要满

足r2/ L2 vv 1带电长直细棒可视为无限长带电直线 .

9- 9 一半径为R的半球壳，均匀地带有电荷，电荷面密度为 o;求球心处

电场强度的大小.

题9-9图

分析 这仍是一个连续带电体问题，求解的关键在于如何取电荷元 .现将半

球壳分割为一组平行的细圆环， 如图所示，从教材第9- 3节的例2可以看出，

所有平行圆环在轴线上 P处的电场强度方向都相同，将所有带电圆环的电场 强度积分，即可求得球心 O处的电场强度.

解 将半球壳分割为一组平行细圆环，任一个圆环所带电荷元

2

dq二、；dS二 2 nR sin^ ，在点C激发的电场强度为

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

x二Rcos 0, r二Rsin B统一积分变量，有

n/2 $ 6

积分得 E sin - cos-d - ‘° 2® 4%

9- 10 水分子H>C中氧原子和氢原子的等效电荷中心如图所示， 假设氧原

子和氢原子等效电荷中心间距为 r° .试计算在分子的对称轴线上，距分子较

远处的电场强度.

题9-10 图

分析水分子的电荷模型等效于两个电偶极子，它们的电偶极矩大小均为

P)=er° ,而夹角为2 0叠加后水分子的电偶极矩大小为 p二2er°cosr ,方 向沿对称轴线，如图所示.由于点0到场点A的距离x >> r° ,利用教材第 5 - 3节中电偶极子在延长线上的电场强度

可求得电场的分布.也可由点电荷的电场强度叠加，求电场分布

解1水分子的电偶极矩

在电偶极矩延长线上

解2在对称轴线上任取一点 A,则该点的电场强度

由于 r2 = x2 - r； -2xr°cos 0

代入得

测量分子的电场时， 总有x >> r° ,因此， 式中 仅供个人参考

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3/2

31 3 2roCOS0 ) fc x 1 — 2

，将上式化简并略去微小量后，得

9- 11两条无限长平行直导线相距为 ro,均匀带有等量异号电荷，电荷线 密度为入（1）求两导线构成的平面上任一点的电场强度 （设该点到其中一

线的垂直距离为x） ；2）求每一根导线上单位长度导线受到另一根导线上电 荷作用的电场力.

题9-11图

分析 （1）在两导线构成的平面上任一点的电场强度为两导线单独在此所 激发的电场的叠加.

（2）由F = qE,单位长度导线所受的电场力等于另一根导线在该导线处的电 场强度乘以单位长度导线所带电量，即： F = ?E.应该注意：式中的电场强

度E是另一根带电导线激发的电场强度，电荷自身建立的电场不会对自身电 荷产生作用力.

解（1）设点P在导线构成的平面上，E +、E —分别表示正、负带电导线在P点 的电场强度，则有

（2）设F +、F —分别表示正、负带电导线单位长度所受的电场力，则有 显然有F + = F ―,相互作用力大小相等，方向相反，两导线相互吸引

9- 12 设匀强电场的电场强度 E与半径为R的半球面的对称轴平行， 试计

算通过此半球面的电场强度通量 .

题9-12图

分析 方法1:作半径为R的平面S与半球面S—起可构成闭合曲面，由于闭 合面内无电荷，由高斯定理

这表明穿过闭合曲面的净通量为零，穿入平面 S'的电场强度通量在数值上

等于穿出半球面S的电场强度通量.因而

方法2：由电场强度通量的定义，对半球面 S求积分，即G>s = E dS

S

解1由于闭合曲面内无电荷分布，根据高斯定理，有

依照约定取闭合曲面的外法线方向为面元 dS的方向，

解2 取球坐标系，电场强度矢量和面兀在球坐标系中可表示为

9- 13地球周围的大气犹如一部大电机，由于雷雨云和大气气流的作用，

在晴天区域，大气电离层总是带有大量的正电荷， 云层下地球表面必然带有

负电荷.晴天大气电场平均电场强度约为 120V m4，方向指向地面.试求 地球表2 2 3/2 x r0 - 2xr0cosv 2r0cosv

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半导体器件物理刘树林答案

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【篇一：电子科技大学微电子专业开设课程】

txt>一、培养目标

培养德、智、体全面发展，自动化专业知识基础扎实、相关学科知识丰富，具有一定创新意识和较强实践应用能力、社会适应能力，能在企事业单位从事集成电路设计、制造、测试等技术工作，具有电子信息领域及新型交叉学科领域相关工作能力，适应地方经济建设与社会发展的高级应用型专门人才。

二、培养规格

根据“宽口径、厚基础、强能力、高素质”的基本精神，学生经过四年学习，达到如下基本素质要求： （一）德育方面

1．有坚定的政治信念。热爱祖国，拥护党的领导，努力掌握马列主义、毛泽东思想、邓小平理论以及“三个代表”重要思想的基本原理。

2．有科学的思想方法和良好的学术道德。能运用辩证唯物主义和历史唯物主义的立场、观点和方法分析问题、解决问题。

3．具有积极的人生态度和高度的工作热情，品质优良，情操高尚，行为规范；具有社会主义民主和法制观念。 （二）智育方面

1．具有一定的人文社会科学、自然科学基本知识和文化艺术素养。

2．掌握本专业系统的基础知识、基本理论和基本技能，了解本专业最新科学成就和发展趋势，具有较好的获取知识、发现问题、分析问题和解决问题的能力，具有较强的自学能力和创新意识。

3．相对擅长半导体器件和微电子学方向的知识和技能，具备从事专业业务工作的能力和适应相邻专业业务工作的基本能力与素质，以及初步的自主创业的能力。

4．掌握一门外国语，具有一定的听、说、读、写、译的能力；具有较强的计算机操作能力；掌握文献检索、资料查询的基本方法，具备一定的学科专业科研能力。 （三）体育方面

1．有健康的身体素质，具备体育锻炼的基本知识和良好的卫生习惯，达到国家规定的大学生体育合格标准。

2．有良好的心理素质、健全的人格、坚强的意志、较强的心理承受能力和乐观情绪。

三、学制及学习年限

弹性学制。学制四年，学习年限三至八年。

《大学物理》-第二版-课后习题答案--第七章

《大学物理》-第二版-课后习题答案--第七章

习题精解

7-1一条无限长直导线在一处弯折成半径为R的圆弧，如图7.6所示，若已知导线中电流强度为I,试利用比奥—萨伐尔定律求：（1）当圆弧为半圆周时，圆心O处的磁感应强度；（2）当圆弧为1/4圆周时，圆心O处的磁感应强度。

解（1）如图7.6所示，圆心O处的磁感应强度可看作由3段载流导线的磁场叠加而成。因为圆心O位于直线电流AB和DE的延长线上，直线电流上的任一电流元在O点产生的磁感应强度均为零，所以直线电流AB和DE段在O点不产生磁场。

根据比奥—萨伐尔定律，半圆弧上任一电流元在O点产生的磁感应强度为

024IdldBR

方向垂直纸面向内。半圆弧在O点产生的磁感应强度为

000220444RIIdlIBRRRR

方向垂直纸面向里。

（2）如图7.6（b）所示，同理，圆心O处的磁感应强度可看作由3段载流导线的磁场叠加而成。因为圆心O位于电流AB和DE的延长线上，直线电流上的任一电流元在O点产生的磁感应强度均为零，所以直线电流AB和DE段在O点不产生磁场。

根据毕奥—萨伐尔定理，1/4圆弧上任一电流元在O点产生的磁感应强度为

024IdldBR

方向垂直纸面向内，1/4圆弧电流在O点产生的磁感应强度为

00022204428RIIdlIRBRRR

方向垂直纸面向里。

7.2 如图7.7所示，有一被折成直角的无限长直导线有20A电流，P点在折线的延长线上，设a为，试求P点磁感应强度。

解 P点的磁感应强度可看作由两段载流直导线AB和BC所产生的磁场叠加而成。AB段在P点所产生的磁感应强度为零，BC段在P点所产生的磁感应强度为

大学 物理实验 教程 第二版 北京邮电大学出版社 课件分光计参考答案

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1 用分光计测量三棱镜折射率 实验数据处理 1.顶角及不确定度)(Au的计算 (1)自准法: )(2118021210右右左左A ， )()()21(4)(22uuAu (2)反射法： )(412121右右左左A 2.最小偏向角及最小偏向角的不确定度的计算 （1）最小偏向角min的计算公式：)(412121min右右左左 （2）最小偏向角min的不确定度计算公式： 21)(21)()41(4)(22minuuu 仪器误差Δθ = 2′= 5.82×10-4(rad) u(A) = 2′= 5.82×10-4(rad) u(δmin) = 1′= 2.91×10-4(rad) A = ° ′±2′ δmin = ° ′±1′ 3.折射率n以及折射率的不确定度)(nu的计算 (1)折射率的计算公式 AAn21sin)(21sinmin (2)折射率的不确定度计算公式 )(2)(222)(min2min222minuActgAuActgActgnnu )(2sin2cos21)(2sin2sin2cos212cos2sin21min22min222minminuAAAuAAAAA )()21sin(2)(21cos)()21(sin2)21sin(min22min222minuAAAuA 22min222min)21()21sin(2)(21cos)()21(sin2)21sin(AAA 式中的角度的不确定度应取弧度为单位 n±u (n) = ± 2 3 思考题及参考答案 1.望远镜光轴与分光计的中心轴相垂直，应该在望远镜中看到什么现象？利用哪些螺钉调节？ 光学平行平板或三棱镜两个光学面反射的十字像，都能与望远镜分划板叉丝刻线上交点重合。用望远镜筒倾角调平螺钉和载物台调平螺钉进行调节。 2.平行光管能够发出平行光，应该在望远镜中看到什么现象？如何调节？ 看到清晰的狭缝像。前后移动狭缝筒。 3.调节三棱镜两个光学面的法线垂直于分光计中心轴时，三棱镜如何在载物台上摆放？说明理由。 三棱镜的摆放如右图所示，以达到调整一个光学面的法线方向时，尽量不对另一个光学面的倾斜度产生影响。调节螺钉2，改变光学面AB的法线方向，对光学面AC的法线方向无影响；调节螺钉3，可改变光学面AC的法线方向而不会对光学面AB的倾斜度产生影响。 4.调节望远镜光轴与分光计的中心轴相垂直时，如果只对一个光学面观察到反射的十字像，如何调节？ 如图所示，当望远镜光轴和载物台都倾斜，但望远镜的光轴垂直或大致垂直于光学平行平板的镜面时，从望远镜中可观察到反射的十字像。将光学平行平板随载物台转过1800后，望远镜的光轴与光学平行平板的镜面不再有垂直或大致垂直的关系，反射的十字像则可能无法进入望远镜。因此，只能观察到一个光学面反射的十字像。 根据望远镜光轴和载物台的倾斜方向，可分析判断反射的未进入望远镜的十字像，是在望远镜筒外的上方还是下方。由此，可决定进一步的调节方向，或者重新进行粗调。 5.为什么采用双游标读数？两个游标有什么关系？ 为消除度盘与分光计中心转轴之间的偏心差。两个游标相隔1800。 6.三棱镜光谱的特点是什么？ 棱镜的折射率与入射光的波长有关。以一定的入射角入射的复色光经三棱镜后，不同波长的出射光线的偏向角不同，因而形成色散光谱。入射角相同时，波长短的偏向角大，相应地折射率也大。即黄光的偏 4 向角比绿光的小，绿光的又比蓝紫光的偏向角小。