大学物理习题集加答案解析(115页).doc
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1、-大学物理习题集(一)大学物理教研室2010年3月目 录部分物理常量2练习一 库伦定律 电场强度 3练习二 电场强度(续)电通量4练习三 高斯定理5练习四 静电场的环路定理 电势 6练习五 场强与电势的关系 静电场中的导体 8练习六 静电场中的导体(续) 静电场中的电介质 9练习七 静电场中的电介质(续) 电容 静电场的能量 10练习八 恒定电流 11练习九 磁感应强度 洛伦兹力13练习十 霍尔效应 安培力14练习十一 毕奥萨伐尔定律 16练习十二 毕奥萨伐尔定律(续) 安培环路定律17练习十三 安培环路定律(续)变化电场激发的磁场 18练习十四 静磁场中的磁介质 20练习十五 电磁感应定律
2、动生电动势21练习十六 感生电动势 互感23练习十七 互感(续)自感 磁场的能量24练习十八 麦克斯韦方程组 26练习十九 狭义相对论的基本原理及其时空观 27练习二十 相对论力学基础 28练习二十一 热辐射 29练习二十二 光电效应 康普顿效应热辐射30练习二十三 德布罗意波 不确定关系32练习二十四 薛定格方程 氢原子33部 分 物 理 常 量万有引力常量 G=6.6710-11Nm2kg-2重力加速度 g=9.8m/s2阿伏伽德罗常量 NA=6.021023mol-1摩尔气体常量 R=8.31Jmol-1K-1玻耳兹曼常量 k=1.3810-23JK-1斯特藩-玻尔兹曼常量 s = 5.
3、6710-8 Wm-2K-4标准大气压 1atm=1.013105Pa真空中光速 c=3.00108m/s基本电荷 e=1.6010-19C电子静质量 me=9.1110-31kg质子静质量 mn=1.6710-27kg中子静质量 mp=1.6710-27kg真空介电常量 e0= 8.8510-12 F/m真空磁导率 m0=4p10-7H/m=1.2610-6H/m普朗克常量 h = 6.6310-34 Js维恩常量 b=2.89710-3mK说明:字母为黑体者表示矢量练习一 库伦定律 电场强度一.选择题1.关于试验电荷以下说法正确的是(A) 试验电荷是电量极小的正电荷;(B) 试验电荷是体积
4、极小的正电荷;(C) 试验电荷是体积和电量都极小的正电荷;(D) 试验电荷是电量足够小,以至于它不影响产生原电场的电荷分布,从而不影响原电场;同时是体积足够小,以至于它所在的位置真正代表一点的正电荷(这里的足够小都是相对问题而言的).2.关于点电荷电场强度的计算公式E = q r / (4 p e 0 r3),以下说法正确的是 (A) r0时, E;(B) r0时,q不能作为点电荷,公式不适用;(C) r0时,q仍是点电荷,但公式无意义;(D) r0时,q已成为球形电荷,应用球对称电荷分布来计算电场.3.关于电偶极子的概念,其说法正确的是(A) 其电荷之间的距离远小于问题所涉及的距离的两个等量
5、异号的点电荷系统;(B) 一个正点电荷和一个负点电荷组成的系统;(C) 两个等量异号电荷组成的系统;(D) 一个正电荷和一个负电荷组成的系统.(E) 两个等量异号的点电荷组成的系统4.试验电荷q0在电场中受力为f , 其电场强度的大小为f / q0 , 以下说法正确的是(A) E正比于f ;(B) E反比于q0;(C) E正比于f 且反比于q0;(D) 电场强度E是由产生电场的电荷所决定的,不以试验电荷q0及其受力的大小决定.5.在没有其它电荷存在的情况下,一个点电荷q1受另一点电荷 q2 的作用力为f12 ,当放入第三个电荷Q后,以下说法正确的是(A) f12的大小不变,但方向改变, q1所
6、受的总电场力不变;(B) f12的大小改变了,但方向没变, q1受的总电场力不变;(C) f12的大小和方向都不会改变, 但q1受的总电场力发生了变化; (D) f12的大小、方向均发生改变, q1受的总电场力也发生了变化.二.填空题1.如图1.1所示,一电荷线密度为l 的无限长带电直线垂直通过图面上的A点,一电荷为Q的均匀球体,其球心为O点,AOP是边长为a 的等边三角形,为了使P点处场强方向垂直于OP, 则l和Q的数量关系式为 ,且l与Q为 号电荷 (填同号或异号) .2.在一个正电荷激发的电场中的某点A,放入一个正的点电荷q ,测得它所受力的大小为f1 ;将其撤走,改放一个等量的点电荷-
7、q ,测得电场力的大小为f2 ,则A点电场强度E的大小满足的关系式为 .3.一半径为R的带有一缺口的细圆环, 缺口宽度为d (d0) 及-2s ,如图3.3所示,试写出各区域的电场强度E 区E 的大小 ,方向 ;区E 的大小 ,方向 ;区E 的大小 ,方向 .2.如图3.4所示,真空中两个正点电荷,带电量都为Q,相距2R,若以其中一点电荷所在处O点为中心,以R为半径作高斯球面S,则通过该球面的电场强度通量F= ;若以r0表示高斯面外法线方向的单位矢量,则高斯面上a、b 两点的电场强度的矢量式分别为 , .3.点电荷q1 、q2、q3和q4在真空中的分布如图3.5所示,图中S为闭合曲面,则通过该
8、闭合曲面的电通量= ,式中的E 是哪些点电荷在闭合曲面上任一点产生的场强的矢量和?答:是 .三.计算题1.厚度为d的无限大均匀带电平板,带电体密度为r,试用高斯定理求带电平板内外的电场强度.2.半径为R的一球体内均匀分布着电荷体密度为r的正电荷,若保持电荷分布不变,在该球体内挖去半径r 的一个小球体,球心为O , 两球心间距离 = d, 如图3.6所示 , 求:(1) 在球形空腔内,球心O处的电场强度E0 ;(2) 在球体内P点处的电场强度E.设O、O、P三点在同一直径上,且= d .练习四 静电场的环路定理 电势一.选择题1.真空中某静电场区域的电力线是疏密均匀方向相同的平行直线,则在该区域
9、内电场强度E 和电位U是(A) 都是常量.(B) 都不是常量.(C) E是常量, U不是常量.(D) U是常量, E不是常量.2.电量Q均匀分布在半径为R的球面上,坐标原点位于球心处, 现从球面与X轴交点处挖去面元DS, 并把它移至无穷远处(如图4.1),若选无穷远为零电势参考点,且将DS 移走后球面上的电荷分布不变,则此球心O点的场强E0与电位U0分别为(注:i为单位矢量)(A) iQDS/(4p R2 )2e0 ; Q/(4pe0R)1DS/(4pR2).(B) iQDS/(4p R2 )2e0 ; Q/(4pe0R)1DS/(4pR2). (C) iQDS/(4p R2 )2e0 ; -
10、Q/(4pe0R)1DS/(4pR2).(D) iQDS/(4p R2 )2e0 ; -Q/(4pe0R)1DS/(4pR2).3.以下说法中正确的是(A) 沿着电力线移动负电荷,负电荷的电势能是增加的; (B) 场强弱的地方电位一定低,电位高的地方场强一定强;(C) 等势面上各点的场强大小一定相等;(D) 初速度为零的点电荷, 仅在电场力作用下,总是从高电位处向低电位运动;(E) 场强处处相同的电场中,各点的电位也处处相同.4.如图4.2,在点电荷+q 的电场中,若取图中P点处为电势零点,则M点的电势为(A) .(B) .(C) .(D) .5.一电量为-q 的点电荷位于圆心O处,A、B、C
11、、D为同一圆周上的四点,如图4.3所示,现将一试验电荷从A点分别移动到B、C、D各点,则(A) 从A到B,电场力作功最大.(B) 从A到各点,电场力作功相等.(C) 从A到D,电场力作功最大.(D) 从A到C,电场力作功最大.二.填空题1.电量分别为q1 , q2 , q3的三个点电荷分别位于同一圆周的三个点上,如图4.4所示,设无穷远处为电势零点,圆半径为R, 则b点处的电势U = .2.如图4.5,在场强为E的均匀电场中,A、B两点距离为d, AB连线方向与E方向一致, 从A点经任意路径到B点的场强线积分 = .3.如图4.5所示,BCD是以O点为圆心, 以R为半径的半圆弧, 在A点有一电
12、量为+q 的点电荷, O点有一电量为 q的点电荷, 线段 = R, 现将一单位正电荷从B点沿半圆弧轨道BCD移到D点, 则电场力所作的功为 .三.计算题1.电量q均匀分布在长为2 l 的细杆上, 求在杆外延长线上与杆端距离为a 的P点的电势(设无穷远处为电势零点) .2.一均匀带电的球层, 其电荷体密度为r , 球层内表面半径为R1 , 外表面半径为R2 ,设无穷远处为电势零点, 求空腔内任一点的电势.练习五 场强与电势的关系 静电场中的导体一.选择题1.以下说法中正确的是(A) 电场强度相等的地方电势一定相等;(B) 电势梯度绝对值大的地方场强的绝对值也一定大;(C) 带正电的导体上电势一定
13、为正;(D) 电势为零的导体一定不带电2.以下说法中正确的是(A) 场强大的地方电位一定高;(B) 带负电的物体电位一定为负;(C) 场强相等处电势梯度不一定相等;(D) 场强为零处电位不一定为零.3. 如图5.1,真空中有一点电荷Q及空心金属球壳A, A处于静电平衡, 球内有一点M, 球壳中有一点N, 以下说法正确的是(A) EM0, EN=0 ,Q在M处产生电场,而在N处不产生电场;(B) EM =0, EN0 ,Q在M处不产生电场,而在N处产生电场;(C) EM = EN =0 ,Q在M、N处都不产生电场;(D) EM0,EN0,Q在M、N处都产生电场; (E) EM = EN =0 ,
14、Q在M、N处都产生电场.4.如图5.2,原先不带电的金属球壳的球心处放一点电荷q1 , 球外放一点电荷q2 ,设q2 、金属内表面的电荷、外表面的电荷对q1的作用力分别为F1、F2、F3 , q1受的总电场力为F, 则(A) F1=F2=F3=F=0.(B) F1= q1 q2 / ( 4 p e0 d2 ) , F2 = 0 , F3 = 0 , F =F1 .(C) F1= q1 q2 / ( 4 p e0 d2 ) , F2 = 0 ,F3 =- q1 q2 / ( 4 p e0 d2 ) (即与F1反向), F=0 .(D) F1= q1 q2 / ( 4 p e0 d2 ) , F2
15、 与 F3的合力与F1等值反向, F=0 .(E) F1= q1 q2 / ( 4 p e0 d2 ) , F2=- q1 q2 / ( 4 p e0 d2 ) (即与F1反向), F3 = 0, F=0 .5.如图5.3,一导体球壳A,同心地罩在一接地导体B上,今给A球带负电-Q, 则B球(A) 带正电.(B) 带负电.(C) 不带电.(D) 上面带正电,下面带负电.二.填空题1.一偶极矩为P的电偶极子放在电场强度为E的均匀外电场中, P与E的夹角为a角,在此电偶极子绕过其中心且垂直于P与E组成平面的轴沿a角增加的方向转过180的过程中,电场力作功为A = .2.若静电场的某个立体区域电势等
16、于恒量, 则该区域的电场强度分布是 ;若电势随空间坐标作线性变化, 则该区域的场强分布是 .3.一“无限长”均匀带电直线,电荷线密度为l,在它的电场作用下,一质量为m,带电量为q 的质点以直线为轴线作匀速圆周运动,该质点的速率v = .三.计算题1.如图5.4所示,三个“无限长”的同轴导体圆柱面A、B和C,半径分别为RA、RB、RC ,圆柱面B上带电荷,A和C 都接地,求B的内表面上电荷线密度l1,和外表面上电荷线密度l2之比值l1/l2.2.已知某静电场的电势函数U =+ ln x (S I) ,求点(4,3,0)处的电场强度各分量值.练习六 静电场中的导体(续) 静电场中的电介质一.选择题
17、1.一孤立的带正电的导体球壳有一小孔,一直导线AB穿过小孔与球壳内壁的B点接触,且与外壁绝缘,如图6.1.C、D分别在导体球壳的内外表面上,A、C、D三点处的面电荷密度分别为sA、sC、sD , 电势分别为UA、UC、UD ,其附近的电场强度分别为EA、EC、ED , 则:(A) sAsD , sC = 0 , EA ED , EC = 0 , UA = UC = UD .(B) sAsD , sC = 0 , EA ED , EC = 0 , UA UC = UD .(C) sA=sC , sD 0 , EA= EC=0 , ED 0 , UA = UC =0 , UD0.(D) sD0 ,
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