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电磁学第四章答案全..doc

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电磁学第四章答案全.

习题 2、平行板电容器(面积为S,间距为d)中间两层的厚度各为d1和d2(d1+d2=d),介电常数各为和的电介质。试求: (1)电容C;(2)当金属板上带电密度为时,两层介质的分界面上的极化电荷密度;(3)极板间电势差U;(4)两层介质中的电位移D; 解:(1)这个电容器可看成是厚度为d1和d2的两个电容器的串联: (2)分界处第一层介质的极化电荷面密度(设与d1接触的金属板带正电) 分界处第二层介质的极化电荷面密度: 所以, 若与d1接触的金属板带负电,则 (3) (4), 4、平行板电容器两极板相距3.Ocm,其间放有一层的介电质,位置与厚度如图所示,已知极板上面电荷密度为,略去边缘效应,求: (1)极板间各处的P、E和D的值; (2)极板间各处的电势(设正极板处); (3)画出E-x,D-x,U-x曲线; 解:(1)由高斯定理利用对称性,可给出二极板内: (各区域均相同), 在0与1之间, 在1与2之间, 在2与3之间,, (2): 0-1区: 1-2区: 2-3区: 题4图 6、一平行板电容器两极板相距为d,其间充满了两种介质,介电常数为的介质所占的面积为S1, 介电常数为的介质所占的面积为S2。略去边缘效应,求电容C。 解:电容C等效为两个电容器的并联: 9、在半径为R的金属球之外有一层半径为的均匀电介质层,设电介质的介电常数为,金属球带电荷云为Q,求: (l)介质层内、外的场强分布: (2)介质层内、外的电势分布; (3)金属球的电势。 解:(1)当时,,当时, 当时, (2)介质层内的电势: (3)金属球的电势: 12、球形电容器由半径为的导体球和与它同心的导体球壳构成,壳的内半径为,其间有两层均匀电介质,分界面的半径为r,介电常数分别为和(见图4-27)。 (1)求电容C; (2)当内球带电时,求各介质表面上极化电荷的面密度。 解:(1)设导体球和导体球壳分别带电,则它们之间的电势差 所以 (2)第一层介质的内表面上束缚电荷面密度 介质分界面上束缚电荷面密度 第二层介质的外表面上束缚电荷面密度 14、圆柱形电容器是由半径为R1的导线和与它同轴的导体圆筒构成的,圆筒的内半径为R2,其间充满介电常数为ε的均匀介质(见图4-29)。设沿轴线单位长度上导线的电荷为λ,圆筒的电荷为-λ,略去边缘效应,求: (1)两极的电势差U; (2)介质中的电场强度,电位移,极化强度 (3)介质表面的极化电荷面密度; (4)电容C(它是真空时电容的多少倍) 解:(1)在介质中取与导体同轴的半径为r,长为l的柱面为高斯面S,则 (2)由(1)已得出 则 (3)介质表面的束缚电荷面密度 内表面: 外表面: (4) 20、空气的介电强度为,铜的密度为,铜的原子量为阿伏加德罗常数,金属铜里每个铜原子有一个自由电子,每个电子的电量为 问半径为1.0cm的铜球在空气中最多能带多少电? 铜球所带电量最多时,求它所缺少或多出的电子数与自由电子总数之比; 因导体带电时电荷都在外边面上,当铜球所带电达到最多时,求它所缺少或多出的电子数与表面一层铜原子所具有的电子数之比。 [提示:可认为表面层的厚度为,n为原子数密度。] 解:(1)设最多能带的电量为Q,由 得 (2)设铜球带电量最多时,它所缺少或多出的电子数为P,而铜球内自由电子数为N. 则 (3)设表面一层铜原子具有的自由滴字数为K,表面层的体积 而原子数密度 将n代入式①得,所以 铜球带电最多时,它所缺少或多出的电子数 故 25、一均匀磁化的磁棒,直径为25mm,长为75mm,磁矩为12000,求棒侧表面上的面磁化电流密度。 解:由,得侧面上 28、一圆柱形永磁铁,直径10mm,长100mm,均匀磁化后磁极化强度J=1.20Wb/m2,求: (1)它两端的磁荷密度; (2)它的磁矩; (3)其中心的磁场强度H和磁感强度B。此外和的方向关系如何? 解:(1)两端的磁荷密度 (2)设永磁铁的长度为l,则磁矩: 方向和磁极化强度的方向一致。 (3)在永磁铁内,其中退磁因子按查表得。代入数据得: 的方向和相反,的方向和相同。 29、详见本章典型例题 33、一环形铁芯横截面的直径为4.0mm,环的平均半径R=15mm,环上密绕着200匝线圈(见图4-38),当线圈导线通幽25mA的

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