大学物理1-6章课后习题答案1

x121Eq2?at?t?t?0.14222m1?y?gt2?9.8?10?2m2

4-16、如图4-16所示为一个由两导体组成的同轴电缆。设内圆柱体的电势为 U1,半径为R1 ,外圆柱体的电势为U2 ,半径为R2 ,求其间离轴为 r处 (R1

???E中?dS??s?l???E?dS?E?2?rl?侧面中0中

?E中??2??0r

R2R1rl?U?U1?U2????R21??E中?dl??Rdr?ln2R2??r2??0R1 0??U?E中??2??0rrlnR2?Ur?U1??rrR1R1??E中?dlrl?U?U1??drR1R2rlnR1?U1?U1?U2rlnRR1rln2R1

?E中?R1?R2?R2?U?Ur?U2??E中?dl?U2??drrrR2rlnR1?U2?U1?U2R2lnR2rrlnR1??U?2??0rrlnR2

4-17、由于在正常的情况下细胞膜两侧存在电场。若膜两侧为等量异号的电荷,膜中脂质分子的相对介电常量

?r?3,膜中的场强为107N*C-1 ,求细胞膜两侧单位面积上的电荷。

?解:由 E????E?0?r??0r

??外?107?3?8.85?10?12?265.5?c/m2?内??107?3?8.85?10?12??265.5?c/m217

4-18、一般而言,生物的细胞膜系统都具有一定的电容。如果已知细胞膜的面积为5?10膜中脂质分子的相对介电常量

?6cm2 ,膜厚度为10-6cm,

?r?3 ,计算膜电容的大小。当膜两侧的电势差为0.085V时,细胞膜两侧的电荷

为多少?如果是K+离子造成了这种电势差,问需要多少个 K+离子? 解:

s5?10?6?12(1)c??0?r?8.85?10?3??10?2?6d10?1.3275?10?12F?U??????U?0?r/dd?0?r(2)E? Q??S ?0.085?8.85?10?12?3?5?10?6?10?4/10?6?10?2 ?11.3?10?14c

4-19、动物体内是利用叫做轴突(axon)的神经纤维中的电脉冲传递信息的。在结构上,轴突由圆柱形的细胞膜组成,如图4-19所示。设轴突细胞膜的内半径为 RA ,外半径为RB,细胞膜的相对介电常量为 电容。

解:设任一细胞膜上所带电荷量为Q,则两膜间电势差为

Q11.3?10?14c??7.05?105个 (3)n??19e1.60?10?r,求轴突单位长度的

???UA?UB??U??E?dl??dr?0?r??QQRdr?lnBRA??2?rl?0?r2?lRA0rRB?C?Q?UA?UBQQRlnB?0?r2?lRA2??0?rRlnBRA所以单位长度上的电容为:C?

4-20、已知1cm2 的细胞膜的电膜的电容为7.08?10-7F ,如果细胞膜两侧的电势差为0.1V ,求贮存在1cm2的细胞膜中的电能。 解:

W?1CU2?3.54?10?9J2第六章 稳恒磁场 一、本章重难点 1、磁现象的电本质。

2、理解磁感应强度、毕奥—萨伐尔定律、安培环路定理。 磁感应线和磁通量的物理意义,理解磁场的高斯定理。 3、洛仑兹力、安培力、安培定律、磁矩 4、了解霍尔效应的机理和质谱仪的原理。 5、磁介质

6、磁场和电场的性质比较

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二、课后习题解答

6-1、在地面上空25m处有一高压输电线,其上通过的电流为1.8*103A,这个电流在地面上产生的磁场有多大?在上述地区,地磁场为0.6*10-4T,两者相比如何? 解:

?0I(1)B??1.44?10?5(T) 2?a

点的磁感应强度。

解:将此薄板看作由许多带电直导线组成,则如图所视:其中任一带电直导线dx,所带电流强度为 在p点处产生的磁场为,

6-3、有关环境磁场对生物影响的研究中,常用一对亥姆霍兹线圈产生的磁场来抵消或反转地磁场。亥姆霍兹线圈为一对密绕N匝、同轴的载流圆线圈,它们之间的距离等于他们的半径R。若使两线圈中的电流均为I,流向也相同,取左边线圈的圆心O1为x轴的原点,两线圈中心的连线O1O2为x轴,(1)求两线圈之间轴线上任一点P的磁感应强度;(2)证明,x=R/2,x=R/4处的磁感应强度分别为B(O1O2之间的磁场基本上是均匀的。

解:两个线圈的半径为R,各有N匝,每匝中的电流均为I,且流向相同(如图)。两线圈在轴线上各点的场强方向均沿轴线向右,设圆心o1处为x轴的原点。

根据圆形载流线圈在距轴心为x处的磁感应强度表达式为

2RI所以,在两圆心间距圆心o1为任意远x处的磁感应强度的大小为:

B?2(R2?x2)3/2 22?0NRI?0NRI1.44?10?5(2)?0.240.6?10?46-2、一宽为a的薄长金属板,其上通有电流I,设电流在板上均匀分布。求在薄板的平面上,距板的一边为a的P

dB??0dI2?xdI?Idxa2a?B??2a?0aIadx??0I2?x2?a?adx?I?0ln2x2?a?NI?NIRR。这个结果表明,)?0.7160,B()?0.71302R4R?0

B?(2)证明:取x=R/2 和R/4带入上式得

2(R2?x2)3/2?2[R2?(R?x)2]3/2两线圈间轴线上中点P处,磁感应强度大小为

BP?2?0NIR2?2?R?2?2?R?????2?????3/2?8?0NI?1??1??55R?22??0.716?0NIR在P点两侧各R/4处两点的磁感应强度相等,都等于

?2?R???2?3R?2?2?R????2?R????44?????????????0NI?4343??0NI?????0.7123/22R?53?R?17?19

BQ??0NIR223/2??0NIR23/2

6-4、假定地磁场是由位于赤道下面离地心平面距离为5000km环形电流产生的。如果地球两磁极处的磁场为10-4T,赤道到磁极处的距离为8100km,问该电流有多大? 解:

6-5、在正常状态(基态)时,氢原子的电子可看作半径为a=0.53*10-8cm的轨道(称为玻尔轨道)上作匀速圆周运动,速率为v=2.2*108cm/s。已知电子电量e=1.6*10-19C,求电子在轨道中心产生的磁场的大小。

6-6、双芯电缆由一导体圆柱和一同轴的导体圆筒构成,电流从一个导体流去,从另一个导体流回,并且都是均匀地分布在导体横截面上。设圆柱的半径为r1,圆筒的内半径为r2,外半径为r3。计算电缆内外各部分的磁场分布。 解:电流分布具有对称性,可运用安培环路定律。作与磁感应线平行的闭合回路,方向如图所示。

B??0IR22(R2?x2)3/2?10?4(T)?I?3.38?109(A)Bq??0qv?12.5T24?r???B?dl?l?Bdl?B2?r??0Il?B??0I2?r(1)r?r1,???B1?dl??0I?lIIr22?I???r?22?r11??r(2)r1?r?r2B2??B1?,?Bl2?dl??0I?0Ir22?r1(3)r2?r?r3?0I2?r,???B3?dl??0I?l?(r2?r22)I??I?I22?(r3?r2)(4)r?r3?0(r32?r2)?B3?I222?r(r3?r2),??B?dl??0I??4l?I??0,?B4?06-7、如图所是为一测定磁感应强度的实验装置称为安培称。在天平的右臂挂有一个矩形线圈,线圈设为n匝。线圈下端处于均匀磁场B中,并且磁场垂直于线圈导线l。当线圈中通有电流I时,调节砝码使天平两臂达到平衡,然后使电流反向,这时需在天平的左臂上加质量为m的砝码才能使两臂重新达到平衡。证明:线圈中的磁感应强度为。 解:设天平左边的砝码质量为m1,右边的砝码质量为m2 则,

联立以上两式得:

20

mgm2g?m1g?f?m1g?NIlBB?2nlI电流反方向后:

m2g?mg?m1g?f?m1g?NIlBmg?2NIBL?B?mg2NIL

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