电磁学第二次作业解答

电磁学第二次作业解答

6-17 图中虚线所示为一立方形的高斯面，已知

空间的场强分布为： E x ＝bx ， E y ＝0， E z ＝0．

高斯面边长a ＝0.1 m ，常量b ＝1000 N/(C·m)．试求

该闭合面中包含的净电荷．(真空介电常数 ε 0＝8.85×10-12 C 2·N -1·m -2 )

解：设闭合面内包含净电荷为Q ．因场强只有x 分量不为零，故只是二个垂直于x 轴的平面上电场强度通量不为零．由高斯定理得：

-E 1S 1+ E 2S 2=Q /ε0 ( S 1 = S 2 =S )

则 Q =ε0S (E 2- E 1) =ε0Sb (x 2- x 1) =ε0ba 2(2a －a ) =ε0ba 3 = 8.85×10-12 C

6-18一半径为R 的带电球体，其电荷体密度分布为 ρ =Ar (r ≤R ) ， ρ =0 (r ＞R )，A 为一常量．试求球体内外的场强分布．

解：在球内取半径为r 、厚为d r 的薄球壳，该壳内所包含的电荷为

r r Ar V q d 4d d 2π?==ρ 在半径为r 的球面内包含的总电荷为

40

3d 4Ar r Ar dV q r

V

π=π==??ρ (r ≤R)

以该球面为高斯面，按高斯定理有 0421/4εAr r E π=π? 得到

()0214/εAr E =， (r ≤R )

方向沿径向，A >0时向外, A <0时向里．

在球体外作一半径为r 的同心高斯球面，按高斯定理有 0422/4εAR r E π=π? 得到 ()

20424/r AR E ε=， (r >R ) 方向沿径向，A >0时向外，A <0时向里．

x

6-20 有一带电球壳，内、外半径分别为a 和b ，电荷体密度 ρ = A / r ，在球心处有一点电荷Q ，证明当A = Q / ( 2πa 2 )

时，球壳区域内的场强E

的大小与r 无关．

证：用高斯定理求球壳内场强：

(

)

02/d 4d ερ??+=π?=?V

S

V Q r E S E

而

2

d 4d 4d r

r v

a

a A V r r A r r r

ρ=?π=π??

?

(

)

222a r A -π=

()2

22

0202414a r A r

r Q E -π?π+π=

εε 2

02

020224r Aa A r Q E εεε-

+π= 要使E

的大小与r 无关，则应有

0242

02

20=-πr Aa r Q εε，即 22a Q A π=

电磁学第六次作业解答教学文案

电磁学第六次作业解 答

电磁学第六次作业解答 第八章 真空中的稳恒磁场 8-2 如图所示，一无限长直导线通有电流I =10 A ，在一处折成夹角＝60°的折线，求角平分线上与导线的垂直距离均为r =0.1 cm 的P 点处的磁感强度．(0 =4×10-7 H ·m -1) 解：P 处的B 可以看作是两载流直导线所产生的，1B 与2 B 的方向相同． 21B B B += r I π=40μ+?--?)]90sin(60[sin r I π40μ)]60sin(90[sin ?--? r I π=420μ=?+?)60sin 90(sin 3.73×10-3 T 方向垂直纸面向上． 8-4 将通有电流I 的导线在同一平面内弯成如图所示的形状，求D 点的磁感强度B 的大小． 解：其中3/4圆环在D 处的场 )8/(301a I B μ= AB 段在D 处的磁感强度 )221 ()]4/([02?π=b I B μ BC 段在D 处的磁感强度 )221 ()]4/([03?π=b I B μ 1B 、2B 、3B 方向相同，可知D 处总的B 为 )223( 40b a I B + π π= μ 8-12 如图所示，有一密绕平面螺旋线圈，其上通有电流I ，总匝数为N ，它被限制在半径为R 1和R 2的两个圆周之间．求此螺旋线中心O 处的磁感强度． 解：以O 为圆心，在线圈所在处作一半径为r 的圆．则在r 到r + d r 的圈数为 r R R N d 1 2- 由圆电流公式得 ) (2d d 120R R r r NI B -=μ ?= -= 2 1 ) (2d 12 0R R R R r r NI B μ1 2 120ln ) (2R R R R NI -μ D b A B C a I b O R 1 R 2 I r r P θ

电磁学第八次作业解答

电磁学第八次作业解答 8-24 质子和电子以相同的速度垂直飞入磁感强度为B 的匀强磁场中，试求 质子轨道半径R 1与电子轨道半径R 2的比值． 解：洛伦兹力的大小 B q f v = 对质子： 1211/R m B q v v = 对电子： 2222/R m B q v v = ∵ 21q q = ∴ 2121//m m R R = 8-30 在xOy 平面内有一圆心在O 点的圆线圈，通以顺时针绕向的电流I 1另有一无限长直导线与y 轴重合，通以电流I 2，方向向上，如图所示．求此时圆线圈所受的磁力． 解：设圆半径为R ，选一微分元d l ，它所受磁力大小为 B l I F ?=d d 1 由于对称性，y 轴方向的合力为零。 ∴ θcos d d F F x = θθμθ c o s c o s 2 d 2 01R I R I π= θμd 22 10π= I I ∴ ?π==π 20 210d 2θμI I F F x 210I I μ= 8-32 一平面线圈由半径为0.2 m 的1/4圆弧和相互垂直的二直线组成，通以电流2 A ，把它放在磁感强度为0.5 T 的均匀磁 场中，求： (1) 线圈平面与磁场垂直时(如图)，圆弧AC 段所受的磁力． (2) 线圈平面与磁场成60°角时，线圈所受的磁力矩． 解：(1) 圆弧AC 所受的磁力：在均匀磁场中AC 电圆弧所受的磁力与通有相同电流的AC 直线所受的磁力相等，故有 F AC =283.02==RB I F AC N 方向：与AC 直线垂直，与OC 夹角45°，如图． (2) 磁力矩：线圈的磁矩为 n n IS p m 2102-?π== I 1 I 1 B ? F

电磁学作业及解答

电磁学习题 1 (1)在没有电流的空间区域里，如果磁感应线是平行直线，磁感应强度B 的大 小在沿磁感应线和垂直它的方向上是否可能变化(即磁场是否一定是均匀的)? (2)若存在电流，上述结论是否还对? 2 如题图所示，AB 、CD 为长直导线，C B 为圆心在O 点的一段圆弧形导线， 其半径为R ．若通以电流I ，求O 点的磁感应强度． 图 3 在半径为R 的长直圆柱形导体内部，与轴线平行地挖成一半径为r 的长直圆柱形空腔，两轴间距离为a ,且a ＞r ，横截面如题9-17图所示．现在电流I 沿导体管流动，电流均匀分布在管的横截面上，而电流方向与管的轴线平行．求： (1)圆柱轴线上的磁感应强度的大小； (2)空心部分轴线上的磁感应强度的大小． 4 如图所示，长直电流1I 附近有一等腰直角三角形线框，通以电流2I ，二者 共面．求△ABC 的各边所受的磁力． 图 5 一正方形线圈，由细导线做成，边长为a ，共有N 匝，可以绕通过其相对两边中点的一个竖直轴自由转动．现在线圈中通有电流I ，并把线圈放在均匀的水平

外磁场B 中，线圈对其转轴的转动惯量为J .求线圈绕其平衡位置作微小振动时 的振动周期T . 6 电子在B =70×10-4 T 的匀强磁场中作圆周运动，圆周半径r =3.0cm ．已知B 垂直于纸面向外，某时刻电子在A 点，速度v 向上，如图． (1) 试画出这电子运动的轨道； (2) 求这电子速度v 的大小； (3)求这电子的动能k E ． 图 7 在霍耳效应实验中，一宽1.0cm ，长4.0cm ，厚1.0×10-3cm 的导体，沿长度 方向载有3.0A 的电流，当磁感应强度大小为B =1.5T 的磁场垂直地通过该导体时，产生1.0×10-5V 的横向电压．试求： (1) 载流子的漂移速度； (2) 每立方米的载流子数目． 8 如图所示，载有电流I 的长直导线附近，放一导体半圆环MeN 与长直导线共面，且端点MN 的连线与长直导线垂直．半圆环的半径为b ，环心O 与导线相距a ．设半圆环以速度v 平行导线平移．求半圆环内感应电动势的大小和方向及MN 两端的电压 N M U U ． 图 9 如图所示，用一根硬导线弯成半径为r 的一个半圆．令这半圆形导线在磁场

电磁学作业及解答

电磁学习题 1 (1)在没有电流的空间区域里，如果磁感应线是平行直线，磁感应强度B 的大小在沿 磁感应线和垂直它的方向上是否可能变化(即磁场是否一定是均匀的) (2)若存在电流，上述结论是否还对 2 如题图所示，AB 、CD 为长直导线，C B 为圆心在O 点的一段圆弧形导线，其半径为R ．若通以电流I ，求O 点的磁感应强度． 图 3 在半径为R 的长直圆柱形导体内部，与轴线平行地挖成一半径为r 的长直圆柱形空腔，两轴间距离为a ,且a ＞r ，横截面如题9-17图所示．现在电流I 沿导体管流动，电流均匀分布在管的横截面上，而电流方向与管的轴线平行．求： (1)圆柱轴线上的磁感应强度的大小； (2)空心部分轴线上的磁感应强度的大小． 4 如图所示，长直电流1I 附近有一等腰直角三角形线框，通以电流2I ，二者 共面．求△ABC 的各边所受的磁力． 图 5 一正方形线圈，由细导线做成，边长为a ，共有N 匝，可以绕通过其相对两边中点

的一个竖直轴自由转动．现在线圈中通有电流I ，并把线圈放在均匀的水平外磁场B 中，线圈对其转轴的转动惯量为J .求线圈绕其平衡位置作微小振动时的振动周期T . 6 电子在B =70×10-4 T 的匀强磁场中作圆周运动，圆周半径r =．已知B 垂直于纸面向外，某时刻电子在A 点，速度v 向上，如图． (1) 试画出这电子运动的轨道； (2) 求这电子速度v 的大小； (3)求这电子的动能k E ． 图 7 在霍耳效应实验中，一宽，长，厚×10-3 cm 的导体，沿长度方向载有的电流，当磁 感应强度大小为B =的磁场垂直地通过该导体时，产生×10-5 V 的横向电压．试求： (1) 载流子的漂移速度； (2) 每立方米的载流子数目． 8 如图所示，载有电流I 的长直导线附近，放一导体半圆环MeN 与长直导线共面，且端点MN 的连线与长直导线垂直．半圆环的半径为b ，环心O 与导线相距a ．设半圆环以速度v 平行导线平移．求半圆环内感应电动势的大小和方向及MN 两端的电压 N M U U ． 图 9 如图所示，用一根硬导线弯成半径为r 的一个半圆．令这半圆形导线在磁场中以频率f 绕图中半圆的直径旋转．整个电路的电阻为R ．求：感应电流的最大值．

电磁学复习练习题作业(答案)

电磁学复习练习题作业(答案) 第一次作业一选择题[ C ]1下列几个说法中哪一个是正确的？(A) 电场中某点场强的方向，就是将点电荷放在该点所受电场力的方向. ???(C) 场强可E?F/q定出，其中q为试验电荷，q可正、可负，F为(B) 在以点电荷为中心的球面上，该点电荷所产生的场强处处相同．试验电荷所受的电场力．(D) 以上说法都不正确．[ C ]2 在边长为a的正方体中心处放置一电荷为Q的点电荷，则正方体顶角处的电场强度的大小为：(A) QQ．(B) ．12??0a26??0a2Q 3??0a2．(D) (C) Q．??0a2 [ B ]3图中所示为一沿x轴放置的“无限长”分段均匀带电直线，电荷线密度分别为＋??(x＜0)

和－? (x＞0)，则Oxy坐标平面上点(0，a)处的场强E为y??(0, a)??????i?j?．(A) 0．(B) i．(C) i．(D) 2??0a4??0a4??0a?(sin?2?sin?1) 【提示】根据Ex?4??0a?Ey?(cos?1?cos?2) 4??0a?对＋?均匀带电直线?1?0,?2? 2?对—?均匀带电直线?1?,?2?0 2+?-?Ox 在点的场强是4个场强的矢量和[ A ]4电荷面密度分别为＋?和－?的两块“无限大”均匀带电的平行平板，如图放置，则其周围空间各点电场强度随位置坐标x变化的关 系曲线为：(设场强方向向右为正、向左为负)yE -?+?E ?/?0 ?/2?0(B)(A) -a O +a x -aO+ax-aO a x E(C) E?/2?0-aO+a-?/2?0x(D)?/2?0?/?0+ax -aO??/2?0 1 【提示】依据E??及场强叠加2?0二．填空题--5. 电

电磁学第8、9章作业分析2007

第八章作业分析（2007/05/23） 8.2 三个电量为q-的点电荷各放在边长为r的等边三角形的三个顶点上，点电荷Q(Q>0) Q之值应为多大？ q - 解：由题 2 2 2 14 1 r q f f? = = πε ， 2 ) 3 2 ( 4h qQ f πε =，而f f3 =，r h 2 3 =，联立解之：q Q 3 3 = 8.5 一个电偶极子的电矩为l P q =，证明此电偶极子轴线上距其中心为r(r>>l)处的 一点的场强为3 4/ 2r P Eπε =。 解：由题 2 4 1 + + ? = r q E πε ， 2 4 1 - - ? = r q E πε ，而2 2 2 2 2 r l r r+ ? ? ? ? ? = =- + 由对称性可知 + E、-E的 沿中垂线方向方量相互抵消，只剩平行于l的方向，则： 3 2 1 4 2 cos 2 + + + + ? = ? ? 4 2 = = r ql r l r q E E πε πε θ 而r>>l，即t+≈r ∴ 3 4r p E πε = 8.7 有一长度为L，电荷线密度为λ的均匀带电直线段, 求直线的延长线上距近端为R 的P点处的场强。 x dx x0

解：取线地dx 有：dx dq λ= ∴ 20 41x dx dE λπε? = ∴ ) (44102 L R R L x dx E L R R +? = ? =? +πελλπε 方向沿带电直线 8.9 如图8-43，一个细的带电塑料圆环，半径为R ，所带电荷线密度λ和θ有θλλsin 0=的 关系，求在圆心处的电场强度的方向和大小。 解：取线元dl ，有：θd R dl ?= ∴ )(sin 41410002 R d R R Rd E d -??= ? = θθλπεθ λπε ∴ 0cos sin 420 00 =- =? θθθπελπd R E x R d R E y 00220 004sin 4ελ θθπελπ-=-=? 8.11 如图8-45所示，有宽度为L ，电荷面密度为σ的无限长均匀带电平面，求在与 带电平面共面的P 点处的场强。 dx 解： 取宽度为dx 的无限长，其在P 点的场强为： x a L dx r dE -+??=?= 1 21200πεσπελ

电磁学作业及解答精选文档

电磁学作业及解答精选 文档 TTMS system office room 【TTMS16H-TTMS2A-TTMS8Q8-

电磁学习题 1 (1)在没有电流的空间区域里，如果磁感应线是平行直线，磁感应强度B 的大小在沿磁感应线和垂直它的方向上是否可能变化(即磁场是否一定是均匀的)? (2)若存在电流，上述结论是否还对? 2 如题图所示，AB 、CD 为长直导线，C B 为圆心在O 点的一段圆弧形导线， 其半径为R ．若通以电流I ，求O 点的磁感应强度． 图 3 在半径为R 的长直圆柱形导体内部，与轴线平行地挖成一半径为r 的长直圆柱形空腔，两轴间距离为a ,且a ＞r ，横截面如题9-17图所示．现在电流I 沿导体管流动，电流均匀分布在管的横截面上，而电流方向与管的轴线平行．求： (1)圆柱轴线上的磁感应强度的大小； (2)空心部分轴线上的磁感应强度的大小． 4 如图所示，长直电流1I 附近有一等腰直角三角形线框，通以电流2I ，二者 共面．求△ABC 的各边所受的磁力．

图 5 一正方形线圈，由细导线做成，边长为a ，共有N 匝，可以绕通过其相对两边中点的一个竖直轴自由转动．现在线圈中通有电流I ，并把线圈放在均匀的 水平外磁场B 中，线圈对其转轴的转动惯量为J .求线圈绕其平衡位置作微小振动时的振动周期T . 6 电子在B =70×10-4T 的匀强磁场中作圆周运动，圆周半径r =．已知B 垂直于 纸面向外，某时刻电子在A 点，速度v 向上，如图． (1) (2) 试画出这电子运动的轨道； (3) (4) 求这电子速度v 的大小； (3)求这电子的动能k E ． 图 7 在霍耳效应实验中，一宽，长，厚×10-3cm 的导体，沿长度方向载有的电 流，当磁感应强度大小为B =的磁场垂直地通过该导体时，产生×10-5V 的横向电压．试求： (1) (2) 载流子的漂移速度； (3) (4) 每立方米的载流子数目．

电磁学第七次作业解答

电磁学第七次作业解答 8-21 一无限长圆柱形铜导体(磁导率μ0)，半径为R ，通有均匀分布的电流I ．今取一矩形平面S (长为1 m ，宽为2 R )，位置如右图中画斜线部分所示，求通过该矩形平面的磁通量． 解：在圆柱体内部与导体中心轴线相距为r 处的磁感强度的大小，由安培环路定 律可得： )(220R r r R I B ≤π=μ 因而，穿过导体内画斜线部分平面的磁通Φ1为 ???==S B S B d d 1 Φr r R I R d 2020?π=μπ=40I μ 在圆形导体外，与导体中心轴线相距r 处的磁感强度大小为 )(20 R r r I B >π=μ 因而，穿过导体外画斜线部分平面的磁通Φ2为 ??=S B d 2Φr r I R R d 220?π=μ2ln 20π=I μ 穿过整个矩形平面的磁通量 21ΦΦΦ+=π=40I μ2ln 20π+I μ 8-22 有一长直导体圆管，内外半径分别为R 1和R 2，如 图，它所载的电流I 1均匀分布在其横截面上．导体旁边有一绝缘“无限长”直导线，载有电流I 2，且在中部绕了一个半径为R 的圆圈．设导体管的轴线与长直导线平行，相距为d ， 而且它们与导体圆圈共面，求圆心O 点处的磁感强度B ． 解：圆电流产生的磁场 )2/(201R I B μ= ⊙ 长直导线电流的磁场 )2/(202R I B π=μ ⊙ 导体管电流产生的磁场 )](2/[103R d I B +π=μ ? 圆心Ｏ点处的磁感强度 321B B B B -+= ) ()1)((21 20d R R RI d R I +-π++? π=μ ⊙ 1 m

电磁学第一次作业解答

电磁学第一次作业解答 第六章 真空中的静电场 6-1 在边长为a 的正方形四个顶点上各有相等的同号点电荷－q ．试求：在正方形的中心处应放置多大电荷的异号点电荷q 0，才能使每一电荷都受力为零？ 解：如图所示，由于对称分布，放在中心处的q 0无论电荷多少都能取得平衡.因四个定点上的电荷受力情况相同，因此只需考虑任一顶点上的电荷受力情况．例如考虑D 点处的电荷，顶点A 、B 、C 及中心处的电荷所激发的电场对D 处点电 荷的作用力的大小分别为： ( ) 2 002 0122 /24a qq a qq qE f εεπ=π= = ( ) 2 02 2 2 2824a q a q qE f B εεπ= π= = 2 02 34a q qE f A επ== 2 02 44a q qE f C επ= = 各力方向如图所示，α＝45°．D 处电荷的受力平衡条件为： ∑=0x f , ∑=0y f 用 0c o s c o s 123=-+=∑ ααf f f f x 将f 1，f 2，f 3式代入上式化简得： ()4/2210q q +=＝0.957 q 用∑=0y f 得同样结果． 6-4 如图所示，真空中一长为L 的均匀带电细直杆，总电荷为q ，试求在直杆延长线上距杆的一端距离为d 的P 点的电场强度． 解：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λ=q / L ，在x 处取一电荷元d q = λd x = q d x / L ，它在P 点的场强： L q O

() 2 04d d x d L q E -+π= ε() 2 04d x d L L x q -+π= ε 总场强为 ?+π= L x d L x L q E 0 2 ) (d 4－ε() d L d q +π= 04ε 方向沿x 轴，即杆的延长线方向． 6-8 两根相同的均匀带电细棒，长为l ，电荷 线密度为λ，沿同一条直线放置．两细棒间最近距离也为l ，如图所示．假设棒上的电荷是不能自由移动的，试求两棒间的静电 相互作用力． 解：选左棒的左端为坐标原点O ，x 轴沿棒方向向右，在左棒上x 处取线元 d x ，其电荷为d q ＝λd x ，它在右棒的x '处产生的场强为： () 2 04d d x x x E -'π= ελ 整个左棒在x '处产生的场强为： () ? -'π= l x x x E 0 2 04d ελ?? ? ??'--'π= x l x 11 40ελ 右棒x '处的电荷元 d x '在电场中受力为： x x l x x E F '?? ? ??'--'π= '=d 11 4d d 02 ελ λ 整个右棒在电场中受力为： ???'?? ? ??'--'π=l l x x l x F 3202 d 11 4ελ 34ln 402 ελπ=，方向沿x 轴正向． 左棒受力 F F -=' 6-14 一半径为R 的半球面，均匀地带有电荷，电荷面密度为σ，求球心O 处的电场强度． 解： 选取坐标轴Ox 沿半球面的对称轴，如图所示．把半球面分成许多微小宽度的环带，每一环带之面积 θθθθd R R R S s i n 2d s i n 2d 2 π=π= 小环带上带电荷 θθσσd s i n 2d d 2R S q π== 该电荷元在O 点产生的场强 O R d E x d θ θ

电磁学第七次作业解答

电磁学第七次作业解答-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII

2 电磁学第七次作业解答 8-21 一无限长圆柱形铜导体(磁导率μ0)，半径为R ，通有均匀分布的电流I ．今取一矩形平面S (长为1 m ，宽为2 R )，位置如右图中画斜线部分所示，求通过该矩形平面的磁通量． 解：在圆柱体内部与导体中心轴线相距为r 处的磁感强度的大小，由安培环路定 律可得： )(220R r r R I B ≤π=μ 因而，穿过导体内画斜线部分平面的磁通Φ1为 ???==S B S B d d 1 Φr r R I R d 2020?π=μπ=40I μ 在圆形导体外，与导体中心轴线相距r 处的磁感强度大小为 )(20 R r r I B >π=μ 因而，穿过导体外画斜线部分平面的磁通Φ2为 ??=S B d 2Φr r I R R d 220?π=μ2ln 20π=I μ 穿过整个矩形平面的磁通量 21ΦΦΦ+=π=40I μ2ln 20π +I μ 8-22 有一长直导体圆管，内外半径分别为R 1和R 2，如图，它所载的电流I 1均匀分布在其横截面上．导体旁边有一绝缘“无限长”直导线，载有电流I 2，且在中部绕了一个半径 为R 的圆圈．设导体管的轴线与长直导线平行，相距为d ，而且它们与导体圆 圈共面，求圆心O 点处的磁感强度B ． 解：圆电流产生的磁场 )2/(201R I B μ= ⊙ 长直导线电流的磁场 )2/(202R I B π=μ ⊙ 导体管电流产生的磁场 )] (2/[103R d I B +π=μ? I S 2R 1 m d R O I 1 I 2 I 2

电磁学第六次作业解答

电磁学第六次作业解答-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII

电磁学第六次作业解答 第八章 真空中的稳恒磁场 8-2 如图所示，一无限长直导线通有电流I =10 A ，在一处折成夹角＝60°的折线，求角平分线上与导线的垂直距离均为r =0.1 cm 的P 点处的磁感强度．(0 =4×10-7 H ·m -1) 解：P 处的B 可以看作是两载流直导线所产生的，1B 与2 B 的方向相同． 21B B B += r I π=40μ+?--?)]90sin(60[sin r I π40μ)]60sin(90[sin ?--? r I π=420μ=?+?)60sin 90(sin 3.73×10-3 T 方向垂直纸面向上． 8-4 将通有电流I 的导线在同一平面内弯成如图所示的形状，求D 点的磁感强度B 的大小． 解：其中3/4圆环在D 处的场 )8/(301a I B μ= AB 段在D 处的磁感强度 )221 ()]4/([02?π=b I B μ BC 段在D 处的磁感强度 )221 ()]4/([03?π=b I B μ 1B 、2B 、3B 方向相同，可知D 处总的B 为 )223( 40b a I B + π π= μ 8-12 如图所示，有一密绕平面螺旋线圈，其上通有电流I ，总匝数为N ，它被限制在半径为R 1和R 2的两个圆周之间．求此螺旋线中心O 处的磁感强度． 解：以O 为圆心，在线圈所在处作一半径为r 的圆．则在r 到r + d r 的圈数为 r R R N d 1 2- 由圆电流公式得 ) (2d d 120R R r r NI B -=μ ?= -= 2 1 ) (2d 12 0R R R R r r NI B μ1 2 120ln ) (2R R R R NI -μ D b A B C a I b O R 1 R 2 I r r P θ

电磁场作业答案

2.6 在圆柱坐标系中电荷分布为ρ={①r/a ，r ≤a ②0，r ＞a ，r 为场点到z 轴的距离，a 为常数。求电场强度。 解：电场强度只有沿r 方向分量，选取长度为l 的圆柱 s d 2r q E S rlE πε?== ?? （1） r a ≤时3 223r lr q dV rldr a a πρπ===???? 代入（1）得： 2 3r r E a ε= r a >时2 223a r la q dV rldr a πρπ===???? 代入（1）得： 2 3r a E r ε= 2.7在直角坐标系中电荷分布为ρ（x ，y ，z ）={①ρ0 ∣x ∣≤a ②0 ∣x ∣＞a 求电场强度。 解：电场与y ，z 均无关，电场强度只有沿x 方向分量， ()0 x E E x ρ ε???= =? （1） r a ≤时0ρρ= 代入（1）得： 00 x x E C ρε= + 0x →时x E 为有限值所以0C = 00 x x E ρε= r a >时0ρ= 代入（1）得： 'r E C = 在x a =处r E 连续，所以'00 a C ρε= 00 r a E ρε=

2.16已知电场强度为E=3x+4y-5z ，试求点（0,0,0）与点（1,2,1）之间的电 压 解：6b b b b x y z a a a a U E dl E dx E dy E dz =?=++=???? 2.26两同心导体球壳半径分别为a 、b ，两导体之间有两层介质，介电常数分别为ε1、ε2，介质界面半径为c ，内外导体球壳电位分别为V 和0，求两导体球壳之间的电场和球壳上的电荷面密度，以及介质分界面上的束缚电荷面密度。 解：两球壳之间电介质不带电电位分布满足拉普拉斯方程20??= 选取球坐标则有：22210r r r r ?????? ?== ????? '1 11C C r ?=- + ' 222 C C r ?=-+ 代入边界条件 ' 2220r b C C b ?=∣=-+= '1 11r a C C V a ?=∣=-+= 12n r c n r c D D ==∣=∣ 12r c r c ??==∣=∣ 由上式可得： 1122211111 ()()1111()()V C a c c b V C a c c b εεεε=- -+-=- -+- 12122221,() 1111()(),() 1111()()V E a r c r a c c b V E c r b r a c c b εεεε= <<-+-= <<-+- 在介质与导体分界面上的电荷密度s n D ρ=

电磁学第九次作业解答

电磁学第九次作业解答 第十章 电磁感应与电磁场 10-1 在一长直密绕的螺线管中间放一正方形小线圈，若螺线管长1 m ，绕了1000匝，通以电流 I =10cos100πt (SI )，正方形小线圈每边长5 cm ，共 100匝，电阻为1 Ω，求线圈中感应电流的最大值(正方形线圈的法线方向与螺线管的轴线方向一致，μ0 =4π×10-7 T ·m/A ．) 解： n =1000 (匝/m) nI B 0μ= nI a B a 022μΦ=?= t I n Na t N d d d d 02με-=Φ-==π2 ×10-1 sin 100 πt (SI) ==R I m m /επ2×10-1 A = 0.987 A 10-2 如图所示，真空中一长直导线通有电流I (t ) =I 0e -λt (式中I 0、λ为常量，t 为时间)，有一带滑动边的矩形导线框与长直导线平行共面，二者相距a ．矩形线框的滑动边 与长直导线垂直，它的长度为b ，并且以匀速v (方向平行长直导线)滑动．若忽略线框中的自感电动势，并设开始 时滑动边与对边重合，试求任意时刻t 在矩形线框内的感应电动势 εi 并讨论 εi 方向． 解：线框内既有感生又有动生电动势．设顺时针绕向 为 εi 的正方向．由 εi = -d Φ /d t 出发，先求任意时刻t 的Φ (t ) ??=S B t d )(Φ y t x y t I b a a d )(2) (0? +π= μ a b a t x t I +π=ln )()(20 μ 再求Φ (t )对t 的导数： )d d d d )((ln 2d )(d 0t x I x t I b b a t t ++π=μΦ a b a t I t +-π=-ln )1(e 200λμ λv )(t x v = ∴ εi a b a t I t t +-π=-=-ln )1(e 2d d 00λμ Φλv εi 方向：λ t <1时，逆时针；λ t >1时，顺时针． I (t ) x (t )

电磁学第七次作业解答(终审稿)

电磁学第七次作业解答公司内部档案编码：[OPPTR-OPPT28-OPPTL98-OPPNN08]

电磁学第七次作业解答 8-21 一无限长圆柱形铜导体(磁导率0)，半径为 R ，通有均匀分布的电流I ．今取一矩形平面S (长为1 m ，宽为2 R )，位置如右图中画斜线部分所示，求通过该矩形平面的磁通量． 解：在圆柱体内部与导体中心轴线相距为r 处的磁感强度的大小，由安培环路定 律可得： )(220R r r R I B ≤π=μ 因而，穿过导体内画斜线部分平面的磁通1为 ???==S B S B d d 1 Φr r R I R d 20 20?π=μπ =40I μ 在圆形导体外，与导体中心轴线相距r 处的磁感强度大小为 )(20R r r I B >π= μ 因而，穿过导体外画斜线部分平面的磁通2为 ??=S B d 2Φr r I R R d 220?π=μ2ln 20π =I μ 穿过整个矩形平面的磁通量 21ΦΦΦ+=π = 40I μ2ln 20π + I μ 8-22 有一长直导体圆管，内外半径分别为R 1和 R 2，如图，它所载的电流I 1均匀分布在其横截面上．导 体旁边有一绝缘“无限长”直导线，载有电流I 2，且在 中部绕了一个半径为R 的圆圈．设导体管的轴线与长直导线平行，相距 为d ，而且它们与导体圆圈共面，求圆心O 点处的磁感强度B ． 解：圆电流产生的磁场 )2/(201R I B μ= ⊙ 长直导线电流的磁场 )2/(202R I B π=μ ⊙ I S 2R 1 m d R O I 1 I 2 I 2

电磁学作业及解答

电磁学作业及解答-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII

电磁学习题 1 (1)在没有电流的空间区域里，如果磁感应线是平行直线，磁感应强度B 的大小在沿磁感应线和垂直它的方向上是否可能变化(即磁场是否一定是均匀的) (2)若存在电流，上述结论是否还对 2 如题图所示，AB 、CD 为长直导线，C B 为圆心在O 点的一段圆弧形导线，其半径为R ．若通以电流I ，求O 点的磁感应强度． 图 3 在半径为R 的长直圆柱形导体内部，与轴线平行地挖成一半径为r 的长直圆柱形空腔，两轴间距离为a ,且a ＞r ，横截面如题9-17图所示．现在电流I 沿导体管流动，电流均匀分布在管的横截面上，而电流方向与管的轴线平行．求： (1)圆柱轴线上的磁感应强度的大小； (2)空心部分轴线上的磁感应强度的大小． 4 如图所示，长直电流1I 附近有一等腰直角三角形线框，通以电流2I ，二者 共面．求△ABC 的各边所受的磁力．

图 5 一正方形线圈，由细导线做成，边长为a ，共有N 匝，可以绕通过其相对两边中点的一个竖直轴自由转动．现在线圈中通有电流I ，并把线圈放在均匀的 水平外磁场B 中，线圈对其转轴的转动惯量为J .求线圈绕其平衡位置作微小振动时的振动周期T . 6 电子在B =70×10-4T 的匀强磁场中作圆周运动，圆周半径r =3.0cm ．已知B 垂直于纸面向外，某时刻电子在A 点，速度v 向上，如图． (1) 试画出这电子运动的轨道； (2) 求这电子速度v 的大小； (3)求这电子的动能k E ． 图 7 在霍耳效应实验中，一宽1.0cm ，长4.0cm ，厚1.0×10-3cm 的导体，沿长度方 向载有3.0A 的电流，当磁感应强度大小为B =1.5T 的磁场垂直地通过该导体时，产生1.0×10-5V 的横向电压．试求： (1) 载流子的漂移速度；

电磁学第三次作业解答

电磁学第三次作业解答 6-23 如图所示，两个点电荷＋q 和－3q ，相距为d . 试求： (1) 在它们的连线上电场强度0=E 的点与电荷为＋q 的点电荷相距多远？ (2) 若选无穷远处电势为零，两点电荷之间电势U =0的点与电荷为＋q 的点电荷相距多远？ 解：设点电荷q 所在处为坐标原点O ，x 轴沿两点电荷的连线． (1) 设0=E 的点的坐标为x '，则 ()0434202 0=-'π-'π=i d x q i x q E εε 可得 02222=-'+'d x d x 解出 () d x 312 1 +-=' 另有一解() d x 132 12 -=''不符合题意，舍去． (2) 设坐标x 处U ＝0，则 () x d q x q U -π- π=00434εε ()0440 =?? ????--π= x d x x d q ε 得 d - 4x = 0, x = d /4 6-25 一半径为R 的“无限长”圆柱形带电体，其电荷体密度为 ρ =Ar (r ≤R )，式中A 为常量．试求： (1) 圆柱体内、外各点场强大小分布； (2) 选与圆柱轴线的距离为l (l ＞R ) 处为电势零点，计算圆柱体内、外各点的电势分布． 解：(1) 取半径为r 、高为h 的高斯圆柱面(如图所示)．面上各点场强大小为E 并垂直于柱面．则穿过该柱面的电场强度通量为： ?π=?S rhE S E 2d 为求高斯面内的电荷，r ＜R 时，取一半径为r '，厚d r '、高h 的圆 筒，其电荷为 r r Ah V ''π=d 2d 2ρ 则包围在高斯面内的总电荷为 3/2d 2d 30 2Ahr r r Ah V r V π=''π=?? ρ +O

电磁学作业及解答

电磁学作业及解答 Document number：WTWYT-WYWY-BTGTT-YTTYU-2018GT

电磁学习题 1 (1)在没有电流的空间区域里，如果磁感应线是平行直线，磁感应强度B 的大小在沿磁感应线和垂直它的方向上是否可能变化(即磁场是否一定是均匀的) (2)若存在电流，上述结论是否还对 2 如题图所示，AB 、CD 为长直导线，C B 为圆心在O 点的一段圆弧形导线，其半径 为R ．若通以电流I ，求O 点的磁感应强度． 图 3 在半径为R 的长直圆柱形导体内部，与轴线平行地挖成一半径为r 的长直圆柱形空腔，两轴间距离为a ,且a ＞r ，横截面如题9-17图所示．现在电流I 沿导体管流动，电流均匀分布在管的横截面上，而电流方向与管的轴线平行．求： (1)圆柱轴线上的磁感应强度的大小； (2)空心部分轴线上的磁感应强度的大小． 4 如图所示，长直电流1I 附近有一等腰直角三角形线框，通以电流2I ，二者 共面．求△ABC 的各边所受的磁力． 图 5 一正方形线圈，由细导线做成，边长为a ，共有N 匝，可以绕通过其相对两边中点 的一个竖直轴自由转动．现在线圈中通有电流I ，并把线圈放在均匀的水平外磁场B 中，线圈对其转轴的转动惯量为J .求线圈绕其平衡位置作微小振动时的振动周期T .

6 电子在B =70×10-4 T 的匀强磁场中作圆周运动，圆周半径r =．已知B 垂直于纸面 向外，某时刻电子在A 点，速度v 向上，如图． (1) 试画出这电子运动的轨道； (2) 求这电子速度v 的大小； (3)求这电子的动能k E ． 图 7 在霍耳效应实验中，一宽，长，厚×10-3cm 的导体，沿长度方向载有的电流，当磁 感应强度大小为B =的磁场垂直地通过该导体时，产生×10-5V 的横向电压．试求： (1) 载流子的漂移速度； (2) 每立方米的载流子数目． 8 如图所示，载有电流I 的长直导线附近，放一导体半圆环MeN 与长直导线共面，且端点MN 的连线与长直导线垂直．半圆环的半径为b ，环心O 与导线相距a ．设半圆环以速度v 平行导线平移．求半圆环内感应电动势的大小和方向及MN 两端的电压 N M U U ． 图 9 如图所示，用一根硬导线弯成半径为r 的一个半圆．令这半圆形导线在磁场中以频率f 绕图中半圆的直径旋转．整个电路的电阻为R ．求：感应电流的最大值．

电磁学第六次作业解答

电磁学第六次作业解答 第八章 真空中的稳恒磁场 8-2 如图所示，一无限长直导线通有电流I =10 A ，在一处折成夹角θ ＝60°的折线，求角平分线上与导线的垂直距离均为r =0.1 cm 的P 点处的磁感强度．(μ0 =4π×10-7 H ·m -1) 解：P 处的B 可以看作是两载流直导线所产生的，1B 与2B 的方向相同． 21B B B += r I π=40μ+?--?)]90sin(60[sin r I π40μ)]60sin(90[sin ?--? r I π=420μ=?+?)60sin 90(sin 3.73×10-3 T 方向垂直纸面向上． 8-4 将通有电流I 的导线在同一平面内弯成如图所示的形 状，求D 点的磁感强度B 的大小． 解：其中3/4圆环在D 处的场 )8/(301a I B μ= AB 段在D 处的磁感强度 )221 ()]4/([02?π=b I B μ BC 段在D 处的磁感强度 )22 1 ()]4/([03?π=b I B μ 1B 、2B 、3B 方向相同，可知D 处总的B 为 )223( 40b a I B + π π= μ 8-12 如图所示，有一密绕平面螺旋线圈，其上通有电流I ，总匝数为N ，它被限制在半径为R 1和R 2的两个圆周之间．求此螺旋线中心O 处的磁感强度． 解：以O 为圆心，在线圈所在处作一半径为r 的圆．则在r 到r + d r 的圈数为 r R R N d 1 2- O R 1 R 2 I

由圆电流公式得 ) (2d d 120R R r r NI B -= μ ?= -=2 1 ) (2d 12 0R R R R r r NI B μ1 2 120ln ) (2R R R R NI -μ 方向⊙ 8-13 图所示为两条穿过y 轴且垂直于x －y 平面的平行长直导线的正视图，两条导线皆通有电流I ，但方向相反，它们到x 轴的距离皆为a ． (1) 推导出x 轴上P 点处的磁感强度)(x B 的表达式. (2) 求P 点在x 轴上何处时，该点的B 取得最大值． 解：(1) 利用安培环路定理可求得1导线在P 点产生的磁感强度的大小为： r I B π=201μ2/1220) (12x a I +?π=μ 2导线在P 点产生的磁感强度的大小为： r I B π=202μ2 /1220)(1 2x a I +?π= μ 1B 、2B 的方向如图所示． P 点总场 θθcos cos 2121B B B B B x x x +=+= 021=+=y y y B B B )()(220x a Ia x B +π=μ，i x a Ia x B ) ()(2 20+π=μ (2) 当 0d )(d =x x B ，0d ) (d 2 2=

电磁场与电磁波课程作业解答

1-5： 解: x y z u u u u a a a x y z ????= ++??? 222222 66x y z xy z a x yz a bx y za =++ 在点(1,1,1)p -处 ()666p x y z u a a a ?=+- )3 p x y z a a a a ∴= +- ()p u ?= 1-18： （1）y x z A A A A x y z ????=++ ??? 2222 2272x x y x y z =++ （2）1112221112 2 2 124 V Adv A dxdydz ---??= ??= ???? （3）1231 2 3 s s s s A ds A ds A ds A ds ?= ?+?+?+ ? ? ?? 4564 5 6 s s s A s A ds A ds ?+?+?? ?? =22123412 3 4 111 1()()444 4 x x x x y y y y s s s s a a ds a a ds x a a ds x a a ds ?+?-+?+ ?-? ??? 2 2 22 565 6 33z z z z s s x y a a ds x y a a ds +?+ -??? = 111 1 1 1 14 4 4848484824 - + - + + = ∴ V s A d v A d s ??=?? ? 散度定理成立。 x y

1-21 解： 22 ,x y A a x a xy =+ x dl dxa =+ 22A dl x dx xy dy ?=+ （1）22 ()l l A dl x dx xy dy ?= +?? 2 0l x d x =? 2 2 l l xy dy y dy = ?? 设 sin ,y a θ= 则cos x a θ= 1 2 3 4 2 2 2 2 l l l l l xy dy xy dy xy dy xy dy = + + + ?? ? ? ? 32422 422 4 2 2 422 22 30 2 2 sin cos sin cos sin cos sin cos a d a d a d a d π π πππππ θθθθθθθθθθθθ= + + + ? ? ?? 4 24 4 211(1cos 4)| 8 8 4 a a d a πππθθθ= -= = ? （2）l s A dl A ds ?= ???? ? 2-4 不失一般性 设点 2 04l R dy dE a R ρπε= 对称取dz ，dE 的z 方向抵消， 只剩R a 方向分量。 3 0cos 4l r r dz r dE dE dE R R ρθπε=?=?= /2 3 024l r r dz E R ρρπε∴=? 把221/2 () R r z =+代入， 3/2 /2 22 2() 4l r r E r z dz ρρπε-∴= +? x (,,0)p r ?

电磁学第五次作业解答

电磁学第五次作业解答 7-6 一半径为a 的"无限长"圆柱形导体，单位长度带电荷为λ．其外套一层各向同性均匀电介质，其相对介电常量为εr ，内、外半径分别为a 和b ．试求电位移和场强的分布． 解：在圆柱导体内、外分别作半径为r 、长为L 的同轴圆柱形高斯面，并应用 D 的高斯定理． 圆柱内： 2πrLD ＝0 得 D = 0 ()a r < E = 0 ()a r > 圆柱外： 2πrLD = λL 得 ()[]0π2/r r D λ= ， (r ＞a ) 0r 为径向单位矢量 ()r D E εε01/ =()[]002/r r r εελπ= (a ＜r ＜b ) ()[]0002 2//r r D E ελεπ== (r ＞b ) 7-7 一半径为R 的带电介质球体，相对介电常量为εr ，电荷体密度分布ρ = k / r (k 为已知常量)，试求球体内、外的电位移和场强分布． 解：取半径为r '→r '+d r '的薄壳层，其中包含电荷 ()r r r k V q '''==d 4/d d 2πρr r k ''=d π4 应用D 的高斯定理，取半径为r 的球形高斯面． 球内： 2012π2π4π4kr r d r k D r r =''=? D 1 = k / 2 ， r D D ?11= (r ? 为径向单位矢量) E 1 = D 1 / (ε0εr ) = k / (2ε 0εr )， r E E ?11= 球外： 20 22π2π4π4kR r d r k D r R =''=? () 2 222/r kR D = , r D D ?22= () 2020222//r kR D E εε==， r E E ?22= 7-12 图示一半径为R 的导体球，带有电荷Q ，在它外面同心地包一层各向同性的均匀电介质球壳，其内外半径分别为a 和b ，相对介电常量为εr ．求电介质中的电极化强度P 和介质表面上的束缚电荷面密度． 解：由D 的高斯定理求出导体球外的电位移为 D = Q / (4πr 2) (r ＞R ) 介质内的场强 E = D / (ε0εr )=Q / (4πε0εr r 2) (a ≤r ≤b )