大学物理2习题-答案.汇总
一、 单项选择题：
1. 北京正负电子对撞机中电子在周长为L 的储存环中作轨道运动。已知电子的动量是P ，则偏转磁场的磁感应强度为： （ C ）
(A)
eL P π； (B) eL P π4； (C) eL
P π2； (D) 0。 2. 在磁感应强度为B
的均匀磁场中，取一边长为a 的立方形闭合面，则通过
该闭合面的磁通量的大小为： （ D ） (A) B a 2； (B) B a 22； (C) B a 26； (D) 0。 3．半径为R 的长直圆柱体载流为I ， 电流I 均匀分布在横截面上，则圆柱体内（R r ?）的一点P 的磁感应强度的大小为 ( B ) (A) r I B πμ20=
； (B) 202R Ir B πμ=； (C) 202r I B πμ=； (D) 202R
I
B πμ=。 4．单色光从空气射入水中，下面哪种说法是正确的 ( A ) (A) 频率不变，光速变小； (B) 波长不变，频率变大； (C) 波长变短，光速不变； (D) 波长不变，频率不变.
5.如图,在C 点放置点电荷q 1,在A 点放置点电荷q 2,S 是包围点电荷q 1的封闭曲面,P 点是S 曲面上的任意一点.现在把q 2从A 点移到B 点，则 (D ) (A) 通过S 面的电通量改变,但P 点的电场强度不变； (B) 通过S 面的电通量和P 点的电场强度都改变； (C) 通过S 面的电通量和P 点的电场强度都不变； (D) 通过S 面的电通量不变,但P 点的电场强度改变。 6．如图所示，两平面玻璃板OA 和OB
构成一空气劈尖，一平面单色光垂
直入射到劈尖上，当A 板与B 板的夹角θ增大时，干涉图样将 ( C ) (A) 干涉条纹间距增大，并向O 方向移动； (B) 干涉条纹间距减小，并向B 方向移动；
(C) 干涉条纹间距减小，并向O 方向移动； (D) 干涉条纹间距增大，并向O 方向移动.
7．在均匀磁场中有一电子枪，它可发射出速率分别为v 和2v 的两个电子，这两个电子的速度方向相同，且均与磁感应强度B 垂直，则这两个电子绕行一周所需的时间之比为 ( A ) (A) 1:1； (B) 1:2； (C) 2:1； (D) 4:1.
8．如图所示，均匀磁场的磁感强度为B ，方向沿y 轴正向，欲要使电量为Q 的正离子沿x 轴正向作匀速直线运动，则必须加一个均匀电场E ，其大小和
方向为 ( D ) (A) E =
B
，E 沿z 轴正向； (B) E =v
B
，E 沿y 轴正向；
(C) E =B ν，E 沿z 轴正向； (D) E =B ν，E 沿z 轴负向。 9．三根长直载流导线A ，B ，C 平行地置于同一平面内，分
别载有稳恒电流I ，2I ，3I ，电流流向如图所示，导线A 与C 的距离为d ，若要使导线B 受力为零，则导线B 与A 的距
离应为
( A ) (A)
41d ； (B) 43d ； (C) d 31； (D) d 3
2
. 10．为了增加照相机镜头的透射光强度，常在镜头上镀有一层介质薄膜，假
定该介质的折射率为n ，且小于镜头玻璃的折射率，当波长为λ的光线垂直入射时，该介质薄膜的最小厚度应为 ( D ) (A)
2λ； (B) n 2λ； (C) 4
λ； (D) n 4λ.
11. 对于安培环路定理的正确理解是 ( C ) (A) 若0L
B dr ?=?，则必定L 上B
处处为零；
(B) 若0L B dr ?=?，则必定L 不包围电流；
(C) 若0L B dr ?=?，则必定L 内包围的电流的代数和为零； (D) 若0L
B dr ?=?，则必定L 上各点的B
仅与L 内的电流有关。
12．半径为R 的长直圆柱体载流为I ， 电流I 均匀分布在横截面上，则圆柱体外（R r >）的一点P 的磁感应强度的大小为 ( A ) (A) r I B πμ20=
； (B) 202R Ir B πμ=； (C) 202r I B πμ=； (D) 202R
I
B πμ=。 13．如图所示，两导线中的电流I 1=4 A ，I 2=1 A ，根据安培环路定律，对图中所示的闭合曲线
C 有
C
B d r ??
= ( A )
(A) 3μ0； （B ）0； (C) －3μ0； （D ）5μ0。 14. 在磁感应强度为B
的均匀磁场中，垂直磁
场方向上取一边长
为a 的立方形面，则通过该面的磁通量的大小为： （ A ）
(A) B a 2； (B) B a 22； (C) B a 26； (D) 0。
15．静电场的环路定理L E d r ??=0，表明静电场是( A )。
(A) 保守力场； (B) 非保守力场； (C) 均匀场； (D) 非均匀场。 16. 一半径为R 的均匀带电圆环，电荷总量为q, 环心处的电场强度为（ B ） (A)
2
04q R
πε； (B) 0； (C)
04q R
πε； (D)
22
04q R
πε.
17. 以下说法正确的是 ( D )
(A) 如果高斯面上E 处处为零，则高斯面内必无电荷； (B) 如果高斯面上E 处处不为零，则高斯面内必有电荷；
(C) 如果高斯面内电荷的代数和为零，则高斯面上的E 必处处为零； (D) 如果高斯面内电荷的代数和为零，则此高斯面的电通量ΦE 等于零。 18. 真空中两块相互平行的无限大均匀带电平板，其中一块电荷密度为σ，另一块电荷密度为2σ，两平板间的电场强度大小为 （ D ）
(A)
032σε； (B) 0σε； (C) 0； (D) 0
2σ
ε。
二、填空题：
1. 法拉第电磁感应定律一般表达式为 dt
d Φ
-
=ε 。 2. 从微观上来说, 产生动生电动势的非静电力是 洛仑兹力 。
3. 如图，一电子经过A 点时，具有速率v
0=1×107m ／s 。
欲使这电子沿半圆自A 至C 运动，所需的磁场大小为
1.13×10-3T ，方向为 垂直纸面向里 。
（电子质量=9.1×10-31 kg, 电子电量=-1.6×10-19 C ）
4．如图所示，当通过线圈包围面的磁感线(即磁场)增加时，用法拉第电磁感应定律判断，线圈中感应电动势的方向为 顺时针方向 (从上往下看)。
5．如图所示，在长直电流I 的磁场中，有两个矩形线圈①和②，它们分别以速度ν平行和垂直于长直电流I 运动，如图所示。试述这两个线圈中有无感应电动势：线圈①
中 没有 感应电动势，线圈②中 有 感应电动势。
6. 相干光的相干条件为(1) 频率相同 ；(2) 振动方向相同 ；(3) 相位差恒定 。
7. 电流为I 的长直导线周围的磁感应强度为
02I
r
μπ 。 8. 两平行直导线相距为d ，每根导线载有电流I 1=I 2=I ，则两导线所在平面内与该两导线等距离的一点处的磁感应强度B= 02I
d
μπ或0 。
9. 如图A I I 821==, I 1的方向垂直纸面向外，I 2反之。对于三条闭合回路有：
a
B dl ??
= －8μ0 ；
b
B dl ??
8μ0 ；c
B dl ??= 0 。
10. 图示导体ab 置于螺线管的直径位置上，当螺线管接通
电源一瞬间，管内的磁场如图所示，那么涡旋电场沿 逆时针 方向，=ab ε 0 。
11. 若匀强电场的场强为E ，方向平行于半球面的轴线，
如图所示，若半球面的半径为R ，则通过此半球面的电场强度通量Φe = πR 2E 。
12．两个无限长同轴圆筒半径分别为R 1和R 2（R 1< R 2），单位长度带电量分别为+λ和－λ。则内筒内（r 02r λ πε 、外筒外的电场大小为 0 。 13.在双缝干涉实验中，若使两缝之间的距离增大，则屏幕上干涉条纹间距 变小；在单缝衍射中，衍射角越大，所对应的明条纹亮度越小。 14.两个平行的无限大均匀带电平板，其电荷面密度分别为 +σ和+2σ，如图所示。则B 、C 两个区域的电场强度分别为E B =0(2)σε-；E C = 03(2)σε。(设方向向右为正)。 15.一个捕蝴蝶的网袋放在均匀的电场E 中，网袋的边框是 半径为a 的圆，且垂直于电场，则通过此网袋的电场通量为 2e E a πΦ=。 16.导体处于静电平衡的条件是int 导体内部场强处处为零（或者E =0）和 E ⊥导体表面紧邻处的场强必定和导体表面垂直（或者表面）。 三、简答题： 1. 一矩形线圈在均匀磁场中平动，磁感应强度的方向与线圈平面垂直，如图 所示。问：（1）整个线圈中的感应电动势是多少? （2）a 点与b 点间有没有电势差? 参考解答： （1）因为磁场是均匀的，且线圈匀速运动，由法拉弟电磁感应定律知，E =d dt Φ - 【1分】，且Φ不变【1分】，所以E =0。【1分】 （2）但线圈与运动速度v 垂直的两条边则产生动生电动势，其大小均为 ε′=B l v 【1分】，故a 、b 两点之间存在电势差，a 点电势高于b 点【1分】。在 整个线圈回路中，两条边的电动势方向相反，相互抵消，对整个线圈的电动势为零不影响。【1分】 2． 把同一光源发的光分成两部分而成为相干光的方法有哪几种？这几种方法分别有什么特点并举例？ 参考解答：把同一光源发的光分成两部分而成为相干光的方法有两种：分波阵面法和分振幅法【2分】。分波阵面法是指把原光源发出的同一波阵面上的两部分作为两子光源而取得相干光的方法，如杨氏双缝干涉实验等【2分】；分振幅法是指将一普通光源同一点发出的光，利用反射、折射等方法把它“一分为二”，从而获得相干光的方法，如薄膜干涉等【2分】。 3. 将尺寸完全相同的铜环和铝环适当放置，使通过两环内的磁通量的变化率相等。问：（1）这两个环中的感应电流是否相同？（2）这两个环中的感生电场是否相同？ 参考解答：感应电流不同【1.5分】，感生电场相同。【1.5分】 （1）根据电磁感应定律，若两环内磁通量的变化率相等，则两环内感应电 动势相等，但两环的电阻率不同，因而感应电流不相等。铝的电阻率比铜的大，因而铝内部的感应电流较小。【1分】 （2）感生电场与磁感应强度的变化率有关，因而与磁通量的变化率有关，与导体的材料无关。故在两环内感生电场是相同的。【1分】 4. 同一条电场线上任意两点的电势是否相等? 为什么? (5分) 参考解答：同一条电场线上任意两点的电势不可能相等【3分】，因为在同一条电场线上任意两点(例如a ，b 两点)之间移动电荷(可取沿电场线的路径)的过程中，电场力做功不等于零，即U a －U b =b a E dr ??≠0【2分】 也可这样说明，因电场线总是由高电势处指向低电势处，故同一条电场线上任意两点的电势不会相等。 四、计算题： 1． 两平行直导线相距d=40cm ，每根导线载有电流I 1=I 2=20A ，如图所示。求：(1)两导线所在平面内与该两导线等距离的一点处的磁感应强度；(2)通过图中斜线所示面积的磁通量。(设r 1=r 3=l0cm ，l=25cm 。) 解： (1)两导线所在平面内与该两导线等距离的一点处的磁感应强度为 B=B 1+B 2=2B 1=2×02/2I d μπ=70241020 0.4 I d μπππ-??=?=4×10-5（T ）【3分】 (2)方法一： 在斜线面积上距I 1为r 处，取长为l ，宽为dr 的条形面积，在该面积上磁感应强度为 B= 01020111 ()22()2T I I r d r r d r μμμπππ+=+--(I 1=I 2)， 方向垂直纸面向外。故该面积上磁通量为 d Ф=B dS ?=BdScos0=B l dr= 0111 ()2I l dr r d r μπ+- ∴ 斜线面积上的磁通量为 Φ=3 1 0111()2d r S r I l d dr r d r μπ-Φ=+-??=3011 ln 2d r I l r r d r μπ--=013113()() ln 2I l d r d r r r μπ-- =741020.0.25(0.40.1)(0.40.1) ln 20.10.1 ππ-???--?=2.2×10-6（Wb ）【5分】 方法二： 因为两直电流强度相等，对于斜线面积对称分布且两电流在斜线面积上的磁通量方向相同。故通过图中斜线所示面积的磁通量为其中一根电流（如I1）所产生的磁通量的两倍。所以所求磁通量为 Ф=212 1 00121 2ln 2r r r I Il r r B dS ldr r r μμππ++?==?? = 741020.000.25 0.10.020 ln 0.10 ππ -???+=2.2×10-6（Wb ）【5分】 2． 制造半导体元件时，常常要精确测定硅片上二氧化硅薄膜的厚度，这时可把二氧化硅薄膜的一部分腐蚀掉，使其形成劈尖，利用等厚条纹测 出其厚度。已知Si 的折射率为3.42，SiO 2的折射率为1.5，入射光波长为589.3nm ，观察到7条暗纹(如图所示)。问SiO 2薄膜的厚度h 是多少?（提示：最后一条暗条纹下的高度正是SiO 2薄膜的厚度） 解一： 由于劈尖上、下表面的反射都有半波损失，所以对于暗纹，有 2nh k =(2k+1)λ/2, k=0,1,2,…【4分】 第7“条”暗纹对应的级数为k=6（即第6“级”暗纹），此条纹下的高度h 6正是SiO 2薄膜的厚度。而 2nh 6=(2×6+1)2λ =13×2 λ 所以SiO 2薄膜的厚度h 6=139589.3101344 1.5 n λ -?=?? =1.28×10-6(m)=1.28μm 【4分】 解二： 对于劈尖，某一条纹处上、下表面的反射光的光程差与明、暗条纹 的关系为 2nh k =22(2),1,2,(21),0,1,2,k k k k k λλ λ==??+=?明纹暗纹 【4分】 第k 级明纹的厚度差为与该明纹相邻的两暗纹间的高度差，即 Δh=h k+1－h k =[2(k+1)+1] 4n λ－(2k+1)4n λ=2n λ 同样，第k 级暗纹的厚度差为与该暗纹相邻的两明纹间的高度差，即 Δh=h k+1－h k =(k+1) 2n λ－k 2n λ=2n λ 可见劈尖干涉的任一条纹的厚度差都是该介质中波长的一半。 现观察到7条暗纹，而劈尖的棱边是第一条亮条纹，因此第一条暗条纹的厚度只能算半个条纹厚度。所以第7条暗纹处薄膜的厚度为 h=6.5Δh=6.52n λ=6.5×9 589.3102 1.5 -??=1.28×10-6(m)=1.28μm 【4分】 3. 在通有电流I =5A 的长直导线近旁有一导线段ab ，长l =20cm ，离长直导线距离d =10cm 。当它沿平行于长直导线的方向以速度v =10m ／s 平移时，导线段中的感应电动势多大？a ，b 哪端的电势高？(ln3=1.1) 1. 解一： 由动生电动势公式()b ab a v B dl ε=???求解。 方法一：先求电动势的绝对值，电动势的方向由其它方法判定。 通有电流I 的长直导线的磁场分布为 B =μ0I/2πr 是一非均匀磁场，方向垂直于导线段ab 所在平面向里。【1分】 由动生电动势公式，得导线ab 中感应电动势大小为 ()sin cos 2 b b ab a a v B dl v B dr π επ= ??=??? ?【2分】 02b d l a d Iv dr vBdr r μπ+==?? =0ln 2Iv d l d μπ+【1分】 =74105100.10.2ln 20.1 ππ-???+=1.1×10-5（V ）【1分】 感应电动势E ab 的方向由右手定则可知为b →a ，即a 端电势高于b 端的电势。【2分】 或由洛仑兹力公式m F qv B =?知E ab 的方向为v B ?的方向，即b →a ，故a 端电势高。 方法二： 因为在导线ab 上各点磁感应强度不同，故在距长直导线r 处，取线元dr ，该线元以速度v 运动时，其感应电动势 dU =()v B dr ??=vB sin90°dr cos180°=－vBdr =－02Iv dr r μπ 则导线ab 中的感应电动势为 U ab =0 0ln 22b d l a d Iv Iv d l d dr r d μμεππ++=-=-??=－1.1×10-5（V ） ∵ E ab <0 ∴ U ab 的方向为b →a ，即a 端电势高。 方法三： U ba =0 0()sin 90cos 0ln 22a a a d b b b d l Iv Iv d v B dr vB dr vBdr dr r d l μμππ+??=??===+???? =－1.1×10-5 （V ），也小于零。 则E ba 的方向应为a →b ，即E ab 的方向为b →a ，a 端电势高。（注：此种解法判断电动势的方向容易出错。） 解二： 由法拉弟电磁感应定律E =d dt Φ -求解。 方法一： 导线ab 在dt 时间内扫过的面积为S =ly （y =vdt ）。 因为在导线ab 上各点磁感应强度不同，故在距长直导线x 处，取线元dx ，该线元以速度v 从ab 运动到a ′b ′时，dt 时间所扫过的面元dS =ydx ，则通过该面元dS 的磁通量 dΦ=02I BdS ydx x μπ=，通过面积S 的磁通量为 Φ=000ln 222b d l S a d Iy Iy Iy dx d l d dx x x d μμμπππ++Φ===??? 由法拉弟电磁感应定律，其感应电动势的大小为 E = d dt Φ=00ln ln 22I Iv d l dy d l d dt d μμππ++==1.1×10-5（V ） 感应电动势的方向判断同解一。 也可由楞次定律判断： 因为导线ab 所扫过的面积S 随时间在增大，故通过该面积的磁通量也随时间增加。而感应电流所产生的效应就是要阻碍原磁场的增大，故感应电流（如果有感应电流的话，例如可设想有一闭合回路abb ′a ′a ）所产生的磁场方向应垂直纸面向外。而要在导线ab 下方产生方向向外的磁场，感应电动势的方向应由b ′→a ′，即a 端电势高。 方法二： 作一辅助回路abcda ，设回路绕行方向为顺时针方向，则当导线平移时通过该回路中面元dS 的磁通量为 d Φ=B dS ?=0cos 02I BdS ydx x μπ?=(y =vdt )， 通过回路abcda 的磁通量（回路底长为l ，高为y ）为 Φ=000ln 222b d l S a d Iy Iy Iy dx d l d dx x x d μμμπππ++Φ===??? 由法拉弟电磁感应定律，其感应电动势为 E =d dt Φ -=00ln ln 22I Iv d l dy d l d dt d μμππ++-=-=－1.1×10-5（V ） ∵ E ＜0 ∴ E 的方向与所设回路绕行方向相反，即为逆时针方向，在导线ab 段为b →a ，即a 端电势高。 4.在一单缝夫琅禾费衍射实验中，缝宽5a λ=，缝后透镜焦距40f cm =，试求中央条纹和第一级亮纹的宽度。 解：根据sin a k θλ=±【2分】可得对第一和第二暗纹中心有 1sin a θλ=【1分】 ，2sin 2a θλ=【1分】 因此第一级和第二级暗纹中心在屏上的位置分别为 111tan sin 40(5)8()x f f f a cm θθλλλ=≈=== 【1分】 222tan sin 240(2)(5)16()x f f f a cm θθλλλ=≈=?=?=【1分】 由此得中央亮纹宽度为0122816()x x cm ?==?=【1分】 第一级亮纹的宽度为1211688()x x x cm ?=-=-=【1分】 5.某单色光垂直入射到每厘米有6000条刻痕的光栅上，其第一级谱线的角位移为20o ，试求（已知sin 200.342o ≈）： （1）该单色光波长； （2）它的第二级谱线在何处？ 解：（1）由光栅方程并结合题意有217sin 10sin 206000 5.7010570o d m nm λθ--==?=?=【4分】 （2）722 22 5.70106000 arcsin arcsin 10arcsin(0.684)43.2o d λθ--???====【4分】 6.两个半径分别为R 1=5cm 和R 2=10cm 的同心均匀带电球面,内球面带电q 1=2×10-9C,外球面带电q 2=－2×10-9C.求: r 1=2cm ;r 2=15cm 各处的电势。 解：依据题意，由电势叠加原理容易求得空间中任意一点的电势为: 12a a a ???=+【2分】 对r 1=2cm 处，由于该点都位于两个球面的内部，对于两个球面所对应的球体而言，它们都是等势体，所以： 199991 2 1212910210910(210) 180() 440.050.10 r a a o o q q V R R ???πεπε--?????-?=+=+=+=【3分】 对r 2=15cm 处，由于该点都位于两个球面的外部，所以： 299991 2 1222910210910(210) 0440.150.15 r a a o o q q r r ???πεπε--?????-?=+=+=+=【3分】 7.已知：导体板A ，面积为S 、带电量Q ，在其旁边放入导体板B （此板原来不带电）电荷面密度如图所示， 对a 点：3124 02222o o o o σσσσεεεε---=【1分】 对b 点： 31240002222o o σσσσ εεεε++-=【1分】 对A 板： 12S S Q σσ+=【1分】 对34解以上诸方程得到：142Q S σσ== ， 232Q S σσ=-=【1分】 电场强度的计算可分别根据公式o S σε=求得，在图中三个区域中分别为：12o o Q E S σεεI = = ， 方向相左；【1分】 322o o o Q E S σσεεεII = == ， 方向相右；【1分】 42o o Q E S σεεIII = = ， 方向相右。【1分】 8. 二个均匀带电球面同心放置，半径分别为R 1和R 2(R 1 解法一：由电势叠加原理求解. 因为一个均匀带电q 的球面（半径为R ）的电势分布为 00() 4() 4q r R r q r R R πε?πε?≥??=? ?≤??【2分】 所以，在r 101 02 44q q R R ?πεπε=+= 12 012 1( )4q q R R πε+【2分】 在R 1 2 200244q q r R ?πεπε=+ = 12 02 1( )4q q r R πε+【2分】 在r>R 2处 1230044q q r r ?πεπε= + = 12 04q q r πε+【1分】 解法二：由电势的定义式求解。 (1) 求电场分布: 可由高斯定理或电场叠加原理求得 E 1=0(r 04q r πε( R 1 12 2 04q q r πε+( r>R 2) 【2分】 (2) 求电势分布: 在r =??=12 1 2 123R R r R R E dr E dr E dr ∞ ?+?+????=【1分】 =2 1 21122 20044R R R q q q dr dr r r πεπε∞ ++??=11201202 11()44q q q R R R πεπε+-+=12 0121()4q q R R πε+【1分】 在R 1 =??=2 2 23R r R E dr E dr ∞ ?+???【1分】 =2 21122 200 44R r R q q q dr dr r r πεπε∞ ++??=112020211()44q q q r R R πεπε+-+=12021()4q q r R πε+【1分】 在r>R 2处, 33r E dr ?∞ =??=12204r q q dr r πε∞ +?=12 04q q r πε+【1分】 五、证明题： 如图所示，长直导线中通有电流I ，另一矩形线圈共N 匝，宽a ，长L ，以v 的速度向右平动，试证明：当d 时线圈中的感应电动势为 02() INvLa d d a μπ+。 解一： 由动生电动势公式()v B dl ε=???求解。 方法一： 通有电流I 的长直导线的磁场分布为B=μ0I/2πx ，方向垂直线圈平面向里。对于线圈的上、下两边，因v B ?的方向与dl 的方向垂直，故在线圈向右平移时，线圈的上下两边不会产生感应电动势，（上、下两导线没切割磁场线），只有左右两边产生动生电动势。而左、右两边中动生电动势E 的方向相同，都平行纸面向上，可视为并联，所以线圈中的总电动势为 E ＝E 1－E 2＝N[()l v B dl ???左 左－()l v B dl ???右 右]【3分】 =N[00sin90cos0sin90cos0L L vB dl vB dl ??-????左右] =N[002L I v dl d μπ?－002()L I v dl d a μπ+?]=011 ()2Nv I L d d a μπ-+=02() INvLa d d a μπ+【3分】 E ＞0， 则E 的方向与E 1的方向相同，即顺时针方向【3分】。 方法二： 当线圈左边距长直导线距离为d 时，线圈左边的磁感应强度B 1=μ0I/2πd ，方向垂直纸面向里。线圈以速度v 运动时左边导线中的动生电动势为 E 1＝N 10()L v B dl ???=N 10sin 90cos0L vB dl ???=NvB 10L dl ?=Nv 02I d μπL. 方向为顺时针方向【3分】。线圈右边的磁感应强度B 2=μ0I/2π(d+a)，方向垂直纸面向里。当线圈运动时右边导线中的动生电动势为 E 2 =N 20()L v B dl ???=N 20sin90cos0L vB dl ???=NvB 20L dl ?=Nv 02() I d a μπ+L. 方向为逆时针方【3分】。所以线圈中的感应电动势为 E ＝E 1－E 2= Nv 02I d μπL －Nv 02()I d a μπ+L=02() INvLa d d a μπ+ E ＞0，即E 的方向与E 1的方向相同，为顺时针方向【3分】。 方法三： 由E =()L v B dl ???，积分路径L 取顺时针方向，有 E =N[()][()()()()L v B dl N v B dl v B dl v B dl v B dl ??=??+??+??+???????左上右下] =N[()()v B dl v B dl ??+????左右]=N(vB dl vB dl -??左右左右) =Nv 02I d μπL －Nv 02()I d a μπ+L=02() INvLa d d a μπ+【6分】 E ＞0，即E 的方向与闭合路径L 的方向相同，为顺时针方向【3分】。 解二： 由法拉弟电磁感应定律求解。 因为长直导线的磁场是一非均匀磁场B=μ0I/2πr ，在线圈平面内磁场方向垂直线圈平面向里。故在距长直导线r 处取一长为L ，宽为dr 的小面元dS=Ldr ，取回路绕行方向为顺时针方向，则通过该面元的磁通量 d Φ=B dS ?=BdScos0°= 02I Ldr r μπ 通过总个线圈平面的磁通量（设线圈左边距长直导线距离为x 时）为 Φ=00ln 22x a S x I IL x a d Ldr r x μμππ++Φ==??【3分】 线圈内的感应电动势由法拉弟电磁感应定律为 E =－ 000(ln )[]22()2()IL NIL NILav d d x a a dx N N dt dt x x a x dt x a x μμμπππψΦ+-'=-=-=-=++ 当线圈左边距长直导线距离x=d 时，线圈内的感应电动势为 E = 02()NILav d a d μπ+【3分】 因为E ＞0，所以E 的方向与绕行方向一致，即为顺时针方向【3分】。 感应电动势方向也可由楞次定律判断：当线圈向右平动时，由于磁场逐渐减弱，通过线圈的磁通量减少，所以感应电流所产生的磁场要阻碍原磁通的减少，即感应电流的磁场要与原磁场方向相同，所以电动势方向为顺时针方向。 2. 一圆形载流导线，电流为I ，半径为R 。（1）证明其轴线上的磁场分布为B= 2 0223/2 2()IR R x μ+；（2）指出磁感应强度B 的方向？ (1)证： 如图所示，把圆电流轴线作为x 轴，并令原点在圆心上。在圆线圈上任取一电流元Id l ，它在轴上任一点P 处的磁场d B 的方向垂直于d l 和r ，亦即垂直于d l 和r 组成的平面。由于d l 总与r 垂直，所以d B 的大小为 dB= 02 4Idl r μπ【1分】 将d B 分解成平行于轴线的分量d B ∥和垂直于轴线的分量d B ⊥两部分，它们的大小分别为 dB ∥=dBs inθ= 03 4IR dl r μπ, d B ⊥=dBcos θ【1分】 式中θ是r 与x 轴的夹角。考虑电流元Id l 所在直径另一端的电流元在P 点的磁场，可知它的d B ⊥与Id l 的大小相等方向相反因而相互抵消。由此可知，整个圆电流垂直于x 轴的磁场d B ⊥?=0【2分】，因而P 点的合磁场的大小为 B=?dB =? ? =dl r RI dl r RI 303044πμπμ【1分】 因为?dl =2πR ，所以上述积分为 B= 203 2R I r μ= 2 02 23/2 2() IR R x μ+【2分】 (2) B 的方向沿x 轴正方向，其指向与圆电流的电流流向符合右手螺旋关系。【2分】 3．圆柱形电容器由两个同轴的金属圆筒组成。如图所示，设筒的长度为L ，两筒的半径分别为R 1和R 2，两筒之间设为真空。证明：该圆柱形电容器的电容为 0212ln(/) L C R R πε= （电容器的电容定义式为Q C U = ，式中Q 为电容器极板所带的电量，U=φ+－φ-为电容器两极板间的电势差。） 证：为了求出这种电容器的电容，我们假设它带有电量Q(即外筒的内表面和内筒的外表面分别带有电量－Q 和+Q)。忽略两端的边缘效应，可以由高斯定理求出，距离轴线为r 处的真空中一点的电场强度为 0022Q E r rL λπεπε= = . (R 1 U=φ+－φ-=2 1 02R R Q E dr dr rL πε- +?=??= 2 01 ln 2R Q L R πε【2分】 将此电压代入电容的定义式，就可得圆柱形电容器的电容为 Q C U = =0212ln(/) L R R πε【2分】 大学物理下试题库 TTA standardization office【TTA 5AB- TTAK 08- TTA 2C】 大学物理（下）试题库第九章静电场 知识点1：电场、电场强度的概念 1、、【】下列说法不正确的是： A：只要有电荷存在，电荷周围就一定存在电场； B?：电场是一种物质； C：电荷间的相互作用是通过电场而产生的； D：电荷间的相互作用是一种超距作用。 2、【】电场中有一点P，下列说法中正确的是： A：若放在P点的检验电荷的电量减半，则P点的场强减半； B：若P点没有试探电荷，则P点场强为零； C：P点的场强越大，则同一电荷在P点受到的电场力越大； D：P点的场强方向为就是放在该点的电荷受电场力的方向 3、【】关于电场线的说法，不正确的是： A：沿着电场线的方向电场强度越来越小； B：在没有电荷的地方，电场线不会中止； C：电场线是人们假设的，用以形象表示电场的强弱和方向，客观上并不存在： D：电场线是始于正电荷或无穷远，止于负电荷或无穷远。 4、【】下列性质中不属于静电场的是： A：物质性； B：叠加性； C：涡旋性； D：对其中的电荷有力的作用。 5、【 】在坐标原点放一正电荷Q ，它在P 点(x=+1, y=0)产生的电场强度为E ．现 在，另外有一个负电荷-2Q ，试问应将它放在什么位置才能使P 点的电场强度等于零？ (A) x 轴上x>1． (B) x 轴上0 习题14 14.1 选择题 （1）在夫琅禾费单缝衍射实验中，对于给定的入射单色光，当缝宽度变小时，除中央亮纹的中心位置不变外，各级衍射条纹[ ] (A) 对应的衍射角变小． (B) 对应的衍射角变大． (C) 对应的衍射角也不变． (D) 光强也不变． [答案：B] （2）波长nm (1nm=10-9m)的单色光垂直照射到宽度a=0.25mm的单缝上，单缝后面放一凸透镜，在凸透镜的焦平面上放置一屏幕，用以观测衍射条纹。今测得屏幕上中央明条纹一侧第三个暗条纹和另一侧第三个暗条纹之间的距离为d=12mm，则凸透镜的焦距是[ ] (A)2m. (B)1m. (C)0.5m. (D)0.2m. (E)0.1m [答案：B] （3）波长为的单色光垂直入射于光栅常数为d、缝宽为a、总缝数为N的光栅上．取k=0，±1，±2．．．．，则决定出现主极大的衍射角的公式可写成[ ] (A) N a sin=k． (B) a sin=k． (C) N d sin=k． (D) d sin=k． [答案：D] （4）设光栅平面、透镜均与屏幕平行。则当入射的平行单色光从垂直于光栅平面入射变为斜入射时，能观察到的光谱线的最高级次k [ ] (A)变小。 (B)变大。 (C)不变。 (D)的改变无法确定。 [答案：B] （5）在光栅光谱中，假如所有偶数级次的主极大都恰好在单缝衍射的暗纹方向上，因而实际上不出现，那么此光栅每个透光缝宽度a和相邻两缝间不透光部分宽度b的关系为[ ] (A) a=0.5b (B) a=b (C) a=2b (D)a=3b [答案：B] 14.2 填空题 （1）将波长为的平行单色光垂直投射于一狭缝上，若对应于衍射图样的第一级暗纹位置的衍射角的绝对值为，则缝的宽度等于________________． λθ] [答案：/sin （2）波长为的单色光垂直入射在缝宽a=4 的单缝上．对应于衍射角=30°，单缝处的波面可划分为______________个半波带。 [答案：4] （3）在夫琅禾费单缝衍射实验中，当缝宽变窄，则衍射条纹变；当入射波长变长时，则衍射条纹变。（填疏或密） [答案：变疏，变疏] 大学物理学习题答案 习题一答案 习题一 1.1 简要回答下列问题： (1) 位移和路程有何区别？在什么情况下二者的量值相等？在什么情况下二者的量值不相 等？ (2) 平均速度和平均速率有何区别？在什么情况下二者的量值相等？ (3) 瞬时速度和平均速度的关系和区别是什么？瞬时速率和平均速率的关系和区别又是什 么？ (4) 质点的位矢方向不变，它是否一定做直线运动？质点做直线运动，其位矢的方向是否一 定保持不变？ (5) r ?和r ?有区别吗？v ?和v ?有区别吗？0dv dt =和0d v dt =各代表什么运动？ (6) 设质点的运动方程为：()x x t =，()y y t =，在计算质点的速度和加速度时，有人先求 出r = dr v dt = 及 22d r a dt = 而求得结果；又有人先计算速度和加速度的分量，再合成求得结果，即 v = 及 a =你认为两种方法哪一种正确？两者区别何在？ (7) 如果一质点的加速度与时间的关系是线性的，那么，该质点的速度和位矢与时间的关系是否也是线性的？ (8) “物体做曲线运动时，速度方向一定在运动轨道的切线方向，法向分速度恒为零，因此 其法向加速度也一定为零.”这种说法正确吗？ (9) 任意平面曲线运动的加速度的方向总指向曲线凹进那一侧，为什么？ (10) 质点沿圆周运动，且速率随时间均匀增大，n a 、t a 、a 三者的大小是否随时间改变？ (11) 一个人在以恒定速度运动的火车上竖直向上抛出一石子，此石子能否落回他的手中？如果石子抛出后，火车以恒定加速度前进，结果又如何？ 1.2 一质点沿x 轴运动，坐标与时间的变化关系为224t t x -=，式中t x ,分别以m 、s 为单 、选择题 练习十三 (简谐振动、旋转矢量、简谐振动的合成) 1. 一弹簧振子，水平放置时，它作简谐振动。若把它竖直放置或放在光滑斜面上，试判断下列情况正确的是 (A) 竖直放置作简谐振动，在光滑斜面上不作简谐振动; (B) 竖直放置不作简谐振动，在光滑斜面上作简谐振动; (C) 两种情况都作简谐振动； (D)两种情况都不作简谐振动。 d2x 解：(C)竖直弹簧振子：m—2k(x I) mg kx( kl dt 弹簧置于光滑斜面上：m吟 dt2k(x I) mg sin kx ( )d 2x mg), 勞dt2 d2x kl mg),可 dt2 2 . 两个简谐振动的振动曲线如图所示，则有(A) n n (A) A超前一；(B) A落后一；(C) A超前n; 2 2 (D) A落后It 。 2 x 3. 一个质点作简谐振动，周期为T，当质点由平衡位置向x轴正方向运动时，由 之一最大位移这段路程所需要的最短时间为 (B) /、T/、T T /、T (A) (B) ; (C) (D) 。 41268 解：(A)X A A cos t, X B Acos( t /2) 解：(B)振幅矢量转过的角度/6 ,所需时间t 平衡位置到二分 4.分振动表式分别为x13cos(50 n 0.25 n 和x2 为: (A) x 2cos(50 n t 0.25 u);(B) (C) x 5cos(50 n 1 arcta n —)； 2 7 (D 解：(C)作旋转矢量图或根据下面公式计算5 . /6 T 2 /T 12 4cos(50 n 0.75 n (SI 制)则它们的合振动表达式x 5cos(50 n); A A 2AA COS(20 10) . 32 42 2 3 4cos(0.75 0.25 丄1 Asin 10 A2sin 20丄1 3sin(0.25 ) 4sin(0.75 ) tg - _ - — tg 3cos(0.25 ) cos 10 A? cos 20 4cos(0.75 ) 2 tg 两个质量相同的物体分别挂在两个不同的弹簧下端, 弹簧的伸长分别为5; l2，且h 2 l2，则 两弹簧振子的周期之比T1 :T2为(B) (A) 2 ; ( B) 2 ; ( C) 1/2 ; ( D) 1/、2。 大学物理（下）试题库 第九章 静电场 知识点1：电场、电场强度的概念 1、、【 】下列说法不正确的是： A ： 只要有电荷存在，电荷周围就一定存在电场； B ：电场是一种物质； C ：电荷间的相互作用是通过电场而产生的； D ：电荷间的相互作用是一种超距作用。 2、【 】 电场中有一点P ，下列说法中正确的是： A ： 若放在P 点的检验电荷的电量减半，则P 点的场强减半； B ：若P 点没有试探电荷，则P 点场强为零； C ： P 点的场强越大，则同一电荷在P 点受到的电场力越大； D ： P 点的场强方向为就是放在该点的电荷受电场力的方向 3、【 】关于电场线的说法，不正确的是： A ： 沿着电场线的方向电场强度越来越小； B ： 在没有电荷的地方，电场线不会中止； C ： 电场线是人们假设的，用以形象表示电场的强弱和方向，客观上并不存在： D ：电场线是始于正电荷或无穷远，止于负电荷或无穷远。 4、【 】下列性质中不属于静电场的是： A ：物质性； B ：叠加性； C ：涡旋性； D ：对其中的电荷有力的作用。 5、【 】在坐标原点放一正电荷Q ，它在P 点(x=+1, y=0)产生的电场强度为E ．现在，另外有一个负电荷-2Q ，试问应将它放在什么位置才能使 P 点的电场强度等于零？ (A) x 轴上x>1． (B) x 轴上0 习题八 8-1 电量都是q 的三个点电荷，分别放在正三角形的三个顶点．试问：(1)在这三角形的中心放一个什么样的电荷，就可以使这四个电荷都达到平衡(即每个电荷受其他三个电荷的库仑力之和都为零)?(2)这种平衡与三角形的边长有无关系 ? 解: 如题8-1图示 (1) 以A 处点电荷为研究对象，由力平衡知：q '为负电荷 2 220)3 3(π4130cos π412a q q a q '=?εε 解得 q q 3 3- =' (2)与三角形边长无关． 题8-1图 题8-2图 8-2 两小球的质量都是m ，都用长为l 的细绳挂在同一点，它们带有相同电量，静止时两线夹角为2θ ,如题8-2 图所示．设小球的半径和线的质量都可 解: 如题8-2图示 ?? ? ?? ===220)sin 2(π41 sin cos θεθθl q F T mg T e 解得 θπεθtan 4sin 20mg l q = 8-3 根据点电荷场强公式2 04r q E πε= ，当被考察的场点距源点电荷很近(r →0)时，则场强→∞，这是没有物理意义的，对此应如何理解 ? 解: 02 0π4r r q E ε= 仅对点电荷成立，当0→r 时，带电体不能再视为点电 荷，再用上式求场强是错误的，实际带电体有一定形状大小，考虑电荷在带电体上的分布求出的场强不会是无限大． 8-4 在真空中有A ，B 两平行板，相对距离为d ，板面积为S ，其带电量分别为+q 和-q ．则这两板之间有相互作用力f ，有人说f = 2 024d q πε,又有人 说，因为f =qE ,S q E 0ε=，所以f =S q 02 ε．试问这两种说法对吗?为什么? f 到底应等于多少 ? 解: 题中的两种说法均不对．第一种说法中把两带电板视为点电荷是不对的，第二种说法把合场强S q E 0ε= 看成是一个带电板在另一带电板处的场强也是不对的．正确解答应为一个板的电场为S q E 02ε= ，另一板受它的作用 力S q S q q f 02 022εε= =，这是两板间相互作用的电场力． 8-5 一电偶极子的电矩为l q p =，场点到偶极子中心O 点的距离为r ,矢量r 与l 的夹角为θ,(见题8-5图)，且l r >>．试证P 点的场强E 在r 方向上的分量r E 和垂直于r 的分量θE 分别为 r E = 302cos r p πεθ, θ E =3 04sin r p πεθ 证: 如题8-5所示，将p 分解为与r 平行的分量θsin p 和垂直于r 的分量 θsin p ． ∵ l r >> 大学物理学习题答案 习题一答案 习题一 1.1 简要回答下列问题： (1) 位移和路程有何区别？在什么情况下二者的量值相等？在什么情况下二者的量值不相 等？ (2) 平均速度和平均速率有何区别？在什么情况下二者的量值相等？ (3) 瞬时速度和平均速度的关系和区别是什么？瞬时速率和平均速率的关系和区别又是什 么？ (4) 质点的位矢方向不变，它是否一定做直线运动？质点做直线运动，其位矢的方向是否一 定保持不变？ (5) r ?v 和r ?v 有区别吗？v ?v 和v ?v 有区别吗？0dv dt =v 和0d v dt =v 各代表什么运动？ (6) 设质点的运动方程为：()x x t =，()y y t =，在计算质点的速度和加速度时，有人先求 出r = dr v dt = 及 22d r a dt = 而求得结果；又有人先计算速度和加速度的分量，再合成求得结果，即 v = 及 a =你认为两种方法哪一种正确？两者区别何在？ (7) 如果一质点的加速度与时间的关系是线性的，那么，该质点的速度和位矢与时间的关系是否也是线性的？ (8) “物体做曲线运动时，速度方向一定在运动轨道的切线方向，法向分速度恒为零，因此 其法向加速度也一定为零.”这种说法正确吗？ (9) 任意平面曲线运动的加速度的方向总指向曲线凹进那一侧，为什么？ (10) 质点沿圆周运动，且速率随时间均匀增大，n a 、t a 、a 三者的大小是否随时间改变？ (11) 一个人在以恒定速度运动的火车上竖直向上抛出一石子，此石子能否落回他的手中？如果石子抛出后，火车以恒定加速度前进，结果又如何？ 1.2 一质点沿x 轴运动，坐标与时间的变化关系为224t t x -=，式中t x ,分别以m 、s 为单位，试计算：(1)在最初s 2内的位移、平均速度和s 2末的瞬时速度；(2)s 1末到s 3末的平均 大学物理上册课后习题答案 习题解答 习题一 1-1 ｜r ?｜与r ? 有无不同?t d d r 和t d d r 有无不同? t d d v 和t d d v 有无不同?其不同在哪里?试举例说明． 解： （1）r ?是位移的模，?r 是位矢的模的增量， 即r ?1 2r r -=，1 2 r r r ? ?-=?； （2）t d d r 是速度的模，即t d d r = =v t s d d . t r d d 只是速度在径向上的分量. ∵有r r ?r =（式中r ?叫做单位矢），则t ?r ?t r t d d d d d d r r r += 式中t r d d 就是速度径向上的分量， ∴ t r t d d d d 与r 不同如题1-1图所示. 题 1-1图 (3) t d d v 表示加速度的模，即 t v a d d ? ?= ，t v d d 是加速度a 在切向上的分量. ∵有ττ??(v =v 表轨道节线方向单位矢），所以 t v t v t v d d d d d d τ τ???+= 式中dt dv 就是加速度的切向分量. ( t t r d ?d d ?d τ??Θ与的运算较复杂，超出教材规定，故不予 讨论) 1-2 设质点的运动方程为x =x (t )，y =y (t )，在计算质点的速度和加速度时，有人先求出r ＝ 2 2 y x +，然后根据v =t r d d ，及a ＝ 2 2d d t r 而求得结果； 又有人先计算速度和加速度的分量，再合成求得结果，即 v =2 2 d d d d ?? ? ??+??? ??t y t x 及a = 2 22222d d d d ??? ? ??+???? ??t y t x 你认为两种 方法哪一种正确？为什么？两者差别何在？ 解：后一种方法正确.因为速度与加速度都是矢量，在平面直角坐标系中，有 j y i x r ? ??+=， j t y i t x t r a j t y i t x t r v ??? ???? ?222222d d d d d d d d d d d d +==+==∴ 故它们的模即为 2 222 22222 2 2 2d d d d d d d d ? ?? ? ??+???? ??=+=? ? ? ??+??? ??=+=t y t x a a a t y t x v v v y x y x 第一章 质点运动学 1 -1 质点作曲线运动,在时刻t 质点的位矢为r ,速度为v ,速率为v,t 至(t ＋Δt )时间内的位移为Δr , 路程为Δs , 位矢大小的变化量为Δr ( 或称Δ｜r ｜),平均速度为v ,平均速率为v ． (1) 根据上述情况,则必有( ) (A) ｜Δr ｜= Δs = Δr (B) ｜Δr ｜≠ Δs ≠ Δr ,当Δt →0 时有｜d r ｜= d s ≠ d r (C) ｜Δr ｜≠ Δr ≠ Δs ,当Δt →0 时有｜d r ｜= d r ≠ d s (D) ｜Δr ｜≠ Δs ≠ Δr ,当Δt →0 时有｜d r ｜= d r = d s (2) 根据上述情况,则必有( ) (A) ｜v ｜= v ,｜v ｜= v (B) ｜v ｜≠v ,｜v ｜≠ v (C) ｜v ｜= v ,｜v ｜≠ v (D) ｜v ｜≠v ,｜v ｜= v 分析与解 (1) 质点在t 至(t ＋Δt )时间内沿曲线从P 点运动到P′点,各量关系如图所示, 其中路程Δs ＝PP′, 位移大小｜Δr ｜＝PP ′,而Δr ＝｜r ｜-｜r ｜表示质点位矢大小的变化量,三个量的物理含义不同,在曲线运动中大小也不相等(注：在直线运动中有相等的可能)．但当Δt →0 时,点P ′无限趋近P 点,则有｜d r ｜＝d s ,但却不等于d r ．故选(B)． (2) 由于｜Δr ｜≠Δs ,故t s t ΔΔΔΔ≠r ,即｜v ｜≠v ． 但由于｜d r ｜＝d s ,故t s t d d d d =r ,即｜v ｜＝v ．由此可见,应选(C)． 1 -2 一运动质点在某瞬时位于位矢r (x,y )的端点处,对其速度的大小有四种意见,即 (1)t r d d ； (2)t d d r ； (3)t s d d ； (4)2 2d d d d ?? ? ??+??? ??t y t x ． 下述判断正确的是( ) (A) 只有(1)(2)正确 (B) 只有(2)正确 第2 期考试在线评卷 选择题（共 10 道，每题 10 分） 1、一劲度系数为k的轻弹簧截成三等份，取出其中的两根，将它们并联在一起，下面挂一质量为m的物体，则振动系统的频率为： （正确答案：B 提交答案：B 判题：√得分：10分） A、 B、 C、 D、 2、 已知一质点沿y轴作简谐振动，其振动方程为，与之对应的振动曲线是（） （正确答案：B 提交答案：B 判题：√得分：10分） A、 上图中的答案A B、上图中的答案B C、上图中的答案C D、上图中的答案D 3、两个质点各自作谐振动，它们的振幅相同，周期也相同。设第一个质点的振动方程为，当第一个质点从相对平衡位置的x位置坐标处回到平衡位置时，第二个质点恰在正向最大坐标位置处。则第二个质点的振动方程为： （正确答案：B 提交答案：B 判题：√得分：10分） A、 B、 C、 D、 4、一弹簧振子作简谐振动，总能量为E1。如果谐振动的振幅增加为原来的两倍，重物的质量增加为原来的4倍，则它的总能量E1变为： （正确答案：D 提交答案：D 判题：√得分：10分） A、E1/4 B、E1/2 C、2E1 D、4E1 5、 一个质点作谐振动，振幅为A，在起始时刻质点的位移为且向x轴的正方向运动，代表此谐振动的旋转矢量图为（） （正确答案：B 提交答案：B 判题：√得分：10分） A、参见上图中的A B、参见上图中的B C、参见上图中的C D、参见上图中的D 6、倔强系数为k的轻弹簧，下端挂一质量为m的物体，系统的振动周期为，若将此弹簧截去一半的长度，下端挂一质量为m/2的物体，则系统振动周期等于 （正确答案：C 提交答案：C 判题：√得分：10分） A、 B、 C、 D、 7、有两个周期相同的谐振动，在下面哪个条件下两个振动合成为零 （正确答案：D 提交答案：D 判题：√得分：10分） A、两者在同一直线上即可 B、两者在同一直线上且振幅相等 C、两者在同一直线上振幅相等且位相差恒定 D、两者在同一直线上振幅相等且位相差恒为π 8、一质点作简谐振动，已知振动周期为T，则其振动动能变化的周期是 （正确答案：B 提交答案：B 判题：√得分：10分） A、T/4 习题9 9.1选择题 (1)正方形的两对角线处各放置电荷Q，另两对角线各放置电荷q，若Q所受到合力为零， 则Q与q的关系为：（） （A）Q=-23/2q (B) Q=23/2q (C) Q=-2q (D) Q=2q [答案：A] (2)下面说法正确的是：（） （A）若高斯面上的电场强度处处为零，则该面内必定没有净电荷； （B）若高斯面内没有电荷，则该面上的电场强度必定处处为零； （C）若高斯面上的电场强度处处不为零，则该面内必定有电荷； （D）若高斯面内有电荷，则该面上的电场强度必定处处不为零。 [答案：A] (3)一半径为R的导体球表面的面点荷密度为σ，则在距球面R处的电场强度（） （A）σ/ε0 （B）σ/2ε0 （C）σ/4ε0 （D）σ/8ε0 [答案：C] (4)在电场中的导体内部的（） （A）电场和电势均为零；（B）电场不为零，电势均为零； （C）电势和表面电势相等；（D）电势低于表面电势。 [答案：C] 9.2填空题 (1)在静电场中，电势梯度不变的区域，电场强度必定为。 [答案：零] (2)一个点电荷q放在立方体中心，则穿过某一表面的电通量为，若将点电荷由中 心向外移动至无限远，则总通量将。 [答案：q/6ε0, 将为零] (3)电介质在电容器中作用（a）——（b）——。 [答案：(a)提高电容器的容量;(b) 延长电容器的使用寿命] (4)电量Q均匀分布在半径为R的球体内，则球内球外的静电能之比。 [答案：1：5] 9.3 电量都是q的三个点电荷，分别放在正三角形的三个顶点．试问：(1)在这三角形的中心放一个什么样的电荷，就可以使这四个电荷都达到平衡(即每个电荷受其他三个电荷的库仑力之和都为零)?(2)这种平衡与三角形的边长有无关系? 解: 如题9.3图示 (1) 以A处点电荷为研究对象，由力平衡知：q 为负电荷 《误差理论》作业参考答案 1、（1）±0.05cm 或 ±0.5mm （2） ±0.01cm 或 ±0.1mm （3） ±（4） ±0.2℃（5）± 2、（1）2位 （2）7位（3）5位（4）6位（5）5位（6）2位 3、(1) 299300=510?；983±4=()21004.083.9?±；=310-? ±()310001.0521.4-?±；32476510?=910?； (2) g =mg 410?=Kg 210-? (3) m =±Kg =±510?g =±mg 810? (4) =t ±S =±min =±×10-1 min 4、（1）N=±cm （2）首位数码“0”不是有效数字，未位数码“0”是有效数字，正确答案是四位有效数字。 （3）28cm =mm 210? 280mm =cm （4）L=（±）mm 410? （5）?≈（6） 31010.460.1160.121500 400?≈?? 5、（1）X =81+++++++=8 1 ? =4.154cm X ?= {() 1881-? [ 2 2 22 2 22 2 2 1 ≈～０.009cm X =X ±x ?=±0.009cm 或 X =X ±x ?=±0.01cm E = 154 .4009.0?100%=% 或 E =15.401 .0?100% =% 注：使用计算器时计算过程中有效数字的位数可以不考虑，最后结果应按照教材P6的“不确定度 取位规则”和“测量有效数字取位规则”。 (2)、X = 61（+++++）=6 413 .17=2.902167cm X ?= {() 1661 -?2 + 2+ 2+2+ 2+ 2 } 2 1 = 30 000017 .0≈0.0008cm X ±x ?=±0.0008cm E = 9022 .20008 .0?100%=% 练习一 质点运动学 1、26t dt d +== ，61+= ，t v 261 331+=-=-? ， a 241 31 331=--=- 2、020 22 12110 v Kt v Ktdt v dv t Kv dt dv t v v +=?-?=??-= 所以选（C ） 3、因为位移00==v r ?，又因为,0≠?0≠a 。所以选（B ） 4、选（C ） 5、（1）由,mva Fv P ==dt dv a = ，所以：dt dv mv P =，??=v t mvdv Pdt 0 积分得：m Pt v 2= （2）因为m Pt dt dx v 2==，即：dt m Pt dx t x ??=0 02，有：2 3 98t m P x = 练习二 质点运动学 （二） 1、 平抛的运动方程为 202 1gt y t v x ==，两边求导数有： gt v v v y x ==0，那么 2 22 0t g v v +=， 2 22 022t g v t g dt dv a t +==， = -=22 t n a g a 2 220 0t g v gv +。 2、 2241442s /m .a ;s /m .a n n == 3、 （B ） 4、 （A ） 练习三 质点运动学 1、023 2332223x kt x ;t k )t (a ;)k s (t +=== 2、0321`=++ 3、（B ） 4、（C ） 练习四 质点动力学（一） 1、m x ;912== 2、（A ） 3、（C ） 4、（A ） 练习五 质点动力学（二） 1、m 'm mu v )m 'm (v V +-+-=00 2、（A ） 3、（B ） 4、（C ） 5、（1）Ns v v m I v s m v t t v 16)(,3,/19,38304042=-===+-= （2）J mv mv A 1762 1212 024=-= 练习六、质点动力学（三） 1、J 900 2、)R R R R ( m Gm A E 2 12 1-= 3、（B ） 4、（D ） 5、)(2 1 222B A m -ω 练习七 质点动力学（四） 1、) m m (l Gm v 212 2 12+= 2、动量、动能、功 3、（B ） 大 学物理（下）试题库 第九章 静电场 知识点1：电场、电场强度的概念 1、、【 】下列说法不正确的是： A ：?只要有电荷存在，电荷周围就一定存在电场； ?B?：电场是一种物质； ?C?：电荷间的相互作用是通过电场而产生的； ?D ：电荷间的相互作用是一种超距作用。 2、【 】?电场中有一点P ，下列说法中正确的是： ?A ：?若放在P 点的检验电荷的电量减半，则P 点的场强减半； ?B ：若P 点没有试探电荷，则P 点场强为零； ?C ：?P 点的场强越大，则同一电荷在P 点受到的电场力越大； ?D ：?P 点的场强方向为就是放在该点的电荷受电场力的方向 3、【 】关于电场线的说法，不正确的是：? A ：?沿着电场线的方向电场强度越来越小； ?B ：?在没有电荷的地方，电场线不会中止； ?C ：?电场线是人们假设的，用以形象表示电场的强弱和方向，客观上并不存在： ?D ：电场线是始于正电荷或无穷远，止于负电荷或无穷远。? 4、【 】下列性质中不属于静电场的是： A ：物质性； B ：叠加性； C ：涡旋性； D ：对其中的电荷有力的作用。 5、【 】在坐标原点放一正电荷Q ，它在P 点(x=+1, y=0)产生的电场强度为E ．现在，另外有一个负电荷 -2Q ，试问应将它放在什么位置才能使P 点的电场强度等于零？ (A) x 轴上x>1． (B) x 轴上0 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 02 4Idl dB R μπ= 方向垂直纸面向内。半圆弧在O 点产生的磁感应强度为 000220 444R I Idl I B R R R R πμμμπππ= == ? 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 02 4Idl dB R μπ= 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 0002 220 4428R I Idl I R B R R R πμμμπππ= ==? 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 0120 (cos cos )4I B r μθθπ= - 式中120,,2 r a π θθπ= == 。所以 500(cos cos ) 4.010()42 I B T a μπ ππ= -=? 方向垂直纸面向里。 7-3 如图7.8所示，用毕奥—萨伐尔定律计算图中O 点的磁感应强度。 解 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， AB 段在P 点所产生的磁感应强度为 ()0120 cos cos 4I B r μθθπ= - x O 1A 2 2 练习 十三 (简谐振动、旋转矢量、简谐振动的合成) 一、选择题 1． 一弹簧振子，水平放置时，它作简谐振动。若把它竖直放置或放在光滑斜面上，试判断下列情况正确的是 （C ） （A ）竖直放置作简谐振动，在光滑斜面上不作简谐振动； （B ）竖直放置不作简谐振动，在光滑斜面上作简谐振动； （C ）两种情况都作简谐振动； （D ）两种情况都不作简谐振动。 解：(C) 竖直弹簧振子:kx mg l x k dt x d m )(22(mg kl ),0222 x dt x d 弹簧置于光滑斜面上:kx mg l x k dt x d m sin )(22 (mg kl ),0222 x dt x d 2． 两个简谐振动的振动曲线如图所示，则有 （A ） （A ）A 超前 2π； （B ）A 落后2π；（C ）A 超前π； （D ）A 落后π。 解：(A)t A x A cos ,)2/cos( t A x B 3． 一个质点作简谐振动，周期为T ，当质点由平衡位置向x 轴正方向运动时，由平衡位置到二分之一最大位移这段路程所需要的最短时间为： （B ） （A ）4T ； （B ）12T ； （C ）6T ； （D ）8 T 。 解：(B)振幅矢量转过的角度6/ ,所需时间12 /26/T T t , 4． 分振动表式分别为)π25.0π50cos(31 t x 和)π75.0π50cos(42 t x （SI 制）则它们的合振动表达式为： （C ） （A ）)π25.0π50cos(2 t x ； （B ）)π50cos(5t x ； （C ）π1 5cos(50πarctan )27 x t ； （D ）7 x 。 解：(C)作旋转矢量图或根据下面公式计算 )cos(210202122 2 1 A A A A A 5)25.075.0cos(432432 2 ; 7 1 2)75.0cos(4)25.0cos(3)75.0sin(4)25.0sin(3cos cos sin sin 112021012021011 0 tg tg A A A A tg 5． 两个质量相同的物体分别挂在两个不同的弹簧下端，弹簧的伸长分别为1l 和2l ，且212l l ，则两弹簧振子的周期之比21:T T 为 （B ） （A ）2； （B ）2； （C ）2/1； （D ）2/1。 解：(B) 弹簧振子的周期k m T 2 ,11l mg k , 22l mg k ,22 121 l l T T 6. 一轻弹簧，上端固定，下端挂有质量为m 的重物，其自由振动的周期为T ．今已知振子离开平衡位置为 x 时，其振动速度为v ，加速度为a ．则下列计算该振子劲度系数的公式中，错误的是： （B ） (A) 2 max 2max /x m k v ； (B) x mg k / ； (C) 2 2/4T m k ； (D) x ma k / 。 解：B 7. 两个质点各自作简谐振动，它们的振幅相同、周期相同．第一个质点的振动表式为x 1 = A cos(t + )．当第一个质点从相对于其平衡位置的正位移处回到平衡位置时，第二个质点正在最大正位移处．则第二个质 点的振动表式为 （B ） (A) )π21 cos( 2 t A x ； (B) )π2 1cos(2 t A x ； x t o A B 1 A 4 / 4 /3 2 A A x O )0(A )(t A 3/ 6/ 一、 选择题 1. 对一个作简谐振动的物体，下面哪种说法是正确的？ [ C ] (A) 物体处在运动正方向的端点时，速度和加速度都达到最大值； (B) 物体位于平衡位置且向负方向运动时，速度和加速度都为零； (C) 物体位于平衡位置且向正方向运动时，速度最大，加速度为零； (D) 物体处在负方向的端点时，速度最大，加速度为零。 2. 一沿X 轴作简谐振动的弹簧振子，振幅为A ，周期为T ，振动方程用余弦函数表示，如果该振子 的初相为4 3 π，则t=0时，质点的位置在： [ D ] (A) 过1x A 2=处，向负方向运动； (B) 过1x A 2 =处，向正方向运动； (C) 过1x A 2=-处，向负方向运动；(D) 过1 x A 2 =-处，向正方向运动。 3. 一质点作简谐振动，振幅为A ，在起始时刻质点的位移为/2A ，且向x 轴的正方向运动，代表 此简谐振动的旋转矢量图为 [ B ] 4. 图(a)、(b)、(c)为三个不同的谐振动系统，组成各系统的各弹簧的倔强系数及重物质量如图所示，(a)、(b)、(c)三个振动系统的ω (ω为固有圆频率)值之比为： [ B ] (A) 2：1：1； (B) 1：2：4； (C) 4：2：1； (D) 1：1：2 5. 一弹簧振子，当把它水平放置时，它可以作简谐振动，若把它竖直放置或放在固定的光滑斜面上如图，试判断下面哪种情况是正确的： [ C ] (A) 竖直放置可作简谐振动，放在光滑斜面上不能作简谐振动； (B) 竖直放置不能作简谐振动，放在光滑斜面上可作简谐振动； (C) 两种情况都可作简谐振动； (D) 两种情况都不能作简谐振动。 6. 一谐振子作振幅为A 的谐振动，它的动能与势能相等时，它的相位和坐标分别为： [ C ] (4) 题(5) 题 物理学教程下册答案9-16 第九章 静 电 场 9－1 电荷面密度均为＋σ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0 2εσ，方向沿带电平板法向向外，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 下列说确的是( ) (A )闭合曲面上各点电场强度都为零时，曲面一定没有电荷 (B )闭合曲面上各点电场强度都为零时，曲面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，曲面电荷的代数和必定为零，但不能肯定曲面一定没有电荷；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) 电势在某一区域为常量，则电场强度在该区域必定为零 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.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( ) (A) 沿逆时针方向旋转直到电偶极矩p水平指向棒尖端而停止 (B) 沿逆时针方向旋转至电偶极矩p水平指向棒尖端，同时沿电场线方向朝着棒尖端移动 (C) 沿逆时针方向旋转至电偶极矩p水平指向棒尖端，同时逆电场线方向朝远离棒尖端移动 (D) 沿顺时针方向旋转至电偶极矩p 水平方向沿棒尖端朝外，同时沿电场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). 9－5精密实验表明，电子与质子电量差值的最大围不会超过±10－21e，而中子电量与零差值的最大围也不会超过±10－21e，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. 分析考虑到极限情况，假设电子与质子电量差值的最大围为2×10－21e，中子电量为10－21e，则由一个氧原子所包含的8个电子、8个质子和8个中子 大学物理练习 十六 一、选择题 1．一束波长为λ的平行单色光垂直入射到一单缝AB 上，装置如图，在屏幕D 上形成衍射图样，如果P 是中央亮纹一侧第一个暗纹所在的位置，则 BC 的长度为 [A ] (A) λ (B)λ/2 (C) 3λ/2 (D) 2λ 解: P 是中央亮纹一侧第一个暗纹所在的位置,λθk a C B ==sin (k=1) 2．单缝夫琅和费衍射实验中，波长为λ的单色光垂直入射在宽度为a=4λ的单缝 上，对应于衍射角为300的方向，单缝处波阵面可分成的半波带数目为 (A) 2个 (B) 4个 (C) 6个 (D) 8个 [ B ] 解: 0 304sin ===θλλθa k a 可得k=2, 可分成的半波带数目为4个. 3．根据惠更斯—菲涅耳原理，若已知光在某时刻的波阵面为S ，则S 的前方某点P 的光强度决定于波阵面S 上所有面积元发出的子波各自传到P 点的 （A ） 振动振幅之和。 （B ）光强之和。 （B ） 振动振幅之和的平方。 （D ）振动的相干叠加。 [D ] 解: 所有面积元发出的子波各自传到P 点的振动的相干叠加. 4．在如图所示的单缝夫琅和费衍射装置中，设中央明纹的衍射角范围很小。若使单缝宽度a 变为原来的 2 3，同时使入射的单色光的波长λ变为原来的3/4，则 屏幕C 上单缝衍射条纹中央明纹的宽度x ?将变为原来的 (A) 3/4倍。 (B) 2/3倍。 (C) 9/8倍。 (D) 1/2倍。 （E ）2倍。 [ D ] 解:a f x λ 2=? C 屏 f D L A B λ 5．在如图所示的单缝夫琅和费衍射装置中，将单缝宽度a 稍稍变宽，同时使单 缝沿y 轴正方向作微小位移，则屏幕C 上的中央衍射条纹将 [ C ] (A) 变窄，同时向上移； (B) 变窄，同时向下移； (C) 变窄，不移动； (D) 变宽，同时向上移； (E) 变宽，不移动。 解 ↑a ↓ ?x 6．某元素的特征光谱中含有波长分别为λ1=450nm 和λ2=750nm （1nm=10-9m ）的光谱线。在光栅光谱中，这两种波长的谱线有重叠现象，重叠处λ2的谱线的级数将是 [D ] (A) 2,3,4,5……… (B) 2,5,8,11…….. (C) 2,4,6,8……… (D) 3,6,9,12…….. 解: 2211sin λλθk k d == 6,103 ,521 21====k k k k 当.....)3,2,1( 32==n n k 7．设星光的有效波长为55000 A ，用一台物镜直径为1.20m 的望远镜观察双星时，能分辨的双星的最小角间隔δθ是 [ D ] (A) rad 3102.3-? (B) rad 5104.5-? (C) rad 5108.1-? (D) rad 7106.5-? λ大学物理下试题库
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