大学物理简明教程课后习题及答案 下载本文

EQy??dEQyld??24π?2?l2l?2dx(x?d)

22232??l2π?0l2?4d22?9

以??5.0?10C?cm?1, l?15cm,d2?5cm代入得

EQ?EQy?14.96?102N?C?1,方向沿y轴正向

5-5 (1)点电荷q位于一边长为a的立方体中心,试求在该点电荷电场中穿过立方体的一

个面的电通量;(2)如果该场源点电荷移动到该立方体的一个顶点上,这时穿过立方体各面的电通量是多少?*(3)如题5-5(3)图所示,在点电荷q的电场中取半径为R的圆平面.q在该平面轴线上的A点处,求:通过圆平面的电通量.(

??arctanRx)

0 解: (1)由高斯定理

立方体六个面,当q在立方体中心时,每个面上电通量相等

??q?E?dS?s??e?∴ 各面电通量

q6?0.

?e?q6?0

?e?q24?0,

(2)电荷在顶点时,将立方体延伸为边长2a的立方体,使q处于边长2a的立方体中心,则边长2a的正方形上电通量

对于边长a的正方形,如果它不包含q所在的顶点,则如果它包含q所在顶点则

?e?0.

如题5-5(a)图所示.题5-5(3)图

题5-5(a)图 题5-5(b)图 题5-5(c)图

(3)∵通过半径为R的圆平面的电通量等于通过半径为R?x的球冠面的电通量,球冠面积*

22S?2π(R2?x2)[1???q0xR?x22]

S∴

*关于球冠面积的计算:见题8-9(c)图

?04π(R2?x2)?q1?2?0[

xR2?x2]

精选

S??2πrsin??rd?0?

?2πr2?sin??d?0?

?5-3

?2πr(1?cos?)

5-6 均匀带电球壳内半径6cm,外半径10cm,电荷体密度为2×10C·m求距球心5cm,8cm ,12cm 各点的场强.

2?0,?q?0?cm当r?5时,,E?0

解: 高斯定理

s???qE4πr2??E?dS??q?0

r?8cm时,?4π32???r?r内3E?24π?r?3.48?104N?C?1, 方向沿半径向外. 0∴

4π3q??3?r)(r?内外3r?12cm时,

4π33?r外?r内43E??4.10?10?1 4π?0r2∴ N?C沿半径向外.

5-7 半径为R1和R2(R2>R1)的两无限长同轴圆柱面,单位长度上分别带有电量?和-?,

q?p4π333(r?r内)

??试求:(1)r<R1;(2) R1<r<R2;(3) r>R2处各点的场强.

?0

取同轴圆柱形高斯面,侧面积S?2πrl

???E?dS?E2πrl解: 高斯定理

s???qE??dS?则

S

对(1) r?R1 (2) R1?q?0,E?0

?r?R ?q?l?

2

?2π?0r 沿径向向外

q?0(3) r?R2 ? ∴ E?0

E?题5-8图

5-8 两个无限大的平行平面都均匀带电,电荷的面密度分别为?1和?2,试求空间各处场

精选

强.

解: 如题8-12图示,两带电平面均匀带电,电荷面密度分别为?1与?2,

?1?E?(?1??2)n2?0两面间, ?1?E??(?1??2)n2?0?1面外, ?1?E?(?1??2)n2?0?2面外,

?n:垂直于两平面由?1面指为?2面.

题5-9图

5-9 如题5-9图所示,在A,B两点处放有电量分别为+q,-q的点电荷,AB间距离为2R,现将另一正试验点电荷功.

解: 如题8-16图示

q0从O点经过半圆弧移到C点,求移动过程中电场力作的

1qq(?)?04π?0RR 1qq??qUO?(?)4π?03RR6π?0R

qqA?q0(UO?UC)?o6π?0R

UO?5-10 如题5-10图所示的绝缘细线上均匀分布着线密度为?的正电荷,两直导线的长度和半圆环的半径都等于R.试求环中心O点处的场强和电势.

解: (1)由于电荷均匀分布与对称性,AB和CD段电荷在O点产生的场强互相抵消,取

dl?Rd?

?dq??Rd?则产生O点dE如图,由于对称性,O点场强沿y轴负方向

题5-10图

E??dEy??2??????sin(?)?sin4π?0R[2] 2??2π?0R

?Rd?cos??4π?R202

?精选

(2) AB电荷在O点产生电势,以U??0

2R?dx?dx????ln2B4π?xR4π?x4π?000

?U2?ln24π?0同理CD产生

U1??AU3?半圆环产生 ∴

πR???4π?0R4?0

UO?U1?U2?U3???ln2?2π?04?0

2

-7

5-11 三个平行金属板A,B和C的面积都是200cm,A和B相距4.0mm,A与C相距2.0 mm.B,C都接地,如题8-22图所示.如果使A板带正电3.0×10C,略去边缘效应,问

B板和C板上的感应电荷各是多少?以地的电势为零,则A板的电势是多少?

解: 如题8-22图示,令A板左侧面电荷面密度为?1,右侧面电荷面密度为?2

题5-11图

(1)∵ ∴

UAC?UAB,即

EACdAC?EABdAB

?1EACdAB???2?EdABAC∴ 2

q?AS 且 ?1+?2q2q?2?A,?1?A3S 3S 得

2qC???1S??qA??2?10?7C 3而

qB???2S??1?10?7C (2)

?1dAC?2.3?103?0V

5-12 两个半径分别为R1和R2(R1<R2)的同心薄金属球壳,现给内球壳带电+q,试计

UA?EACdAC?算:

(1)外球壳上的电荷分布及电势大小;

(2)先把外球壳接地,然后断开接地线重新绝缘,此时外球壳的电荷分布及电势; *(3)再使内球壳接地,此时内球壳上的电荷以及外球壳上的电势的改变量.

解: (1)内球带电?q;球壳内表面带电则为?q,外表面带电为?q,且均匀分布,其电势

精选