山东科技大学物理11-22例题习题答案2
- 格式:doc
- 大小:820.30 KB
- 文档页数:17
1 第十一章 静电场 例题答案: 11—1. B; 11—2. B; 11—3. B 11—4. 30220824RqddRRqd;从O点指向缺口中心点
11—5. 0/d ; 2204dRd ;沿矢径OP 11—6. D
11—7. 02 向右 ; 023 向右 11—9. D; 11—10. C; 11—11. C 11—12. 45 V —15 V 练习题答案: 11—1. 证明:设杆的左端为坐标原点O,x轴沿直杆方向. 带电直杆的电荷线密度为=q/L, 在x处取一电荷元dq =dx = qdx/L, (2分)
它在P点的场强: 204ddxdLqE204dxdLLxq
总场强为:LxdLxLqE020)(d4-dLdq04 11—2. Q / 0, 0 11—3. - / (20), 3 / (20) 11—4. B 11—5. 解:在任意位置x处取长度元dx,其上带有电荷dq=0 (x-a)dx 它在O点产生的电势 xxaxU004dd O点总电势:
laalaaxxaxdUUdd400alaalln
40
0
P L d
dq x (L+d-x)
dE
x O 2
11—6. 解:在圆盘上取一半径为r→r+dr范围的同心圆环.其面积为 dS=2rdr 其上电荷为 dq=2rdr 它在O点产生的电势为 002d4ddrrqU
总电势 0002d2dRrUURS 11—7. 解:设导线上的电荷线密度为,与导线同轴作单位长度的、半径为r的(导线半径R1<r<圆筒半径R2)高斯圆柱面,则按高斯定理有 2rE = / 0 得到 E = / (20r) (R1<r<R2 ) 方向沿半径指向圆筒.
导线与圆筒之间的电势差 2121d2d012RRRRrrrEU120ln2RR
则 1212/lnRRrUE 代入数值,则: (1) 导线表面处 121121/lnRRRUE=2.54 ³106 V/m (2) 圆筒内表面处 122122/lnRRRUE=1.70³104 V/m 11—8. 解:设小球滑到B点时相对地的速度为v,槽相对地的速度为V.小球从A→B过程中球、槽组成的系统水平方向动量守恒 mv+MV=0 ①
对该系统,由动能定理 mgR-EqR=21mv2+21MV2 ②
①、②两式联立解出 mMmqEmgMR
2v 方向水平向右.
mMMqEmgmRMmV
2v 方向水平向左.
11—9. 解:设无穷远处为电势零点,则A、B两点电势分别为
0220432RRRUA 02206
82RR
RUB
q由A点运动到B点电场力作功 0001264
q
qUUqABA
注:也可以先求轴线上一点场强,用场强线积分计算.
O dr
R 3 11—10. 解: (1) 球心处的电势为两个同心带电球面各自在球心处产生的电势的叠加,即
22110041rqrqU
22212104441rrrr
210
rr
2100rrU
=8.85³10-9 C / m2
(2) 设外球面上放电后电荷面密度为,则应有 21001rrU= 0 即 21rr 外球面上应变成带负电,共应放掉电荷 212222144rrrrq 20021244rUrrr=6.67³10-9 C
第十二章 导体电学 例题答案: 12—1. D 12—2. C
12—4. –q, 球壳外的整个空间
12—5. )(21BAqq, SdqqBA02)(
12—6. CFd/2, FdC2 12-7. C 练习题答案: 12—1. C=712Uf(没过程) 12—2 解:三块无限大平行导体板,作高斯面如图,知:E1=1 0,E2=2
0
∴左边两极板电势差U1=1d1 0, 右边两极板电势差U2=E2d2=2d2 0,而U1=U2,则1 2= d2 d1。 12—3. D 12—4. C
1 2
E1 E2
d1 d2
习题12-2图
O x -a
-q
+q
+a x P(x,0)
y 4 12—5. 证明:在导体壳内部作一包围B的内表面的闭合面,如图.设B内表面上带电荷Q2′,按高斯定理,因导体内部场强E处处为零,故 0/)(d021QQSES
∴ 12QQ 根据电荷守恒定律,设B外表面带电荷为2Q,则 222QQQ 由此可得 21222QQQQQ 第十三章 电介质
例题答案: 13—1. B 13—2. (B) 13—3. (C) 13—4. r , r
13—6. C
练习题答案:
13—1 eREU/0max = 147 kV [解]:设圆柱形电容器单位长度上带有电荷为,则电容器两极板之间的场强分布 为 )2/(rE 设电容器内外两极板半径分别为r0,R,则极板间电压为
2ErddRRrrrrU
0ln2rR
电介质中场强最大处在内柱面上,当这里场强达到E0时电容器击穿,这时应有 002Er
000lnrRErU 适当选择r0的值,可使U有极大值,即令 0)/ln(/dd0000ErRErU
得 eRr/0
A B
Q1
Q2? Q2?? 5 显然有 202ddrU< 0, 故当 eRr/0 时电容器可承受最高的电压 eREU/0max = 147 kV
13—2 rWW/0 [解]:因为所带电荷保持不变,故电场中各点的电位移矢量D保持不变, 又 rrrwDDDEw0200202112121
因为介质均匀,∴电场总能量 rWW/0 13—3[解]:设某瞬时球上带电q,电势为u,将dq自处移至球面,外力做功等于的电势能增量dw,即dw=udq。球上电量由q=0Q,外力作的总功为球末态的电势能(即球带电Q的总静电能)。所以W==Q0dqu=Q0dqR4q=R8Q2。
13—4(1)U=1000V,eW= 5106J (2)We= 5.0106J 由于把带电的两面三刀极板拉开时外力需克服电场力作功,这部分外力所作的功就转化为电场能量了
4. [解] (1)电容器充电后断开电源,则极板上所带的电量不变。故极板间的电势差和电场
能量分别为CQU=1281010100.1=1000V,12282e10102100.1C2QW5106J。 (2)设极板原间距为d,增大为2d时,相应的电容量要变小,其值为C=0S2d=C2。而此时极板所带电量仍然不变。电场总能量改变为We=Q2 2C= Q2 C 12
28
1010100.1
1.0105J,电场能量的增加量为We= We–We=5.0106J,由于把带电的两
面三刀极板拉开时,外力需克服电场力作功,这部分外力所作的功就转化为电场能量了。 13—5 Vmax=2121br1r1rE eW=2b2131r0Err1r2。
[解](1)设该球形电容器带有电量,则两球壳间场强分布为02r0rr4qE r1rr2 由此可知,当r趋近于r1时,场强值增大。要使电容器不被击穿,EEb,在取极限值E=Eb