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(大学物理二练习册参考解答
大学物理(二)练习册 参考解答
第12章 真空中的静电场
一、选择题
1(D),2(C),3(C),4(A),5(C),6(B),7(C),8(D),9(D),10(B),
二、填空题
(1). 电场强度和电势,,(U0=0).
(2). , q1、q2、q3、q4 ;
(3). 0,? / (2?0) ; (4). ?R / (2?0) ;
(5). 0 ; (6). ;
(7). -2×103 V; (8).
(9). 0,pE sin? ; (10). .
三、计算题
1. 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?=q / L,在x处取一电荷元dq = ?dx = qdx / L,它在P点的场强:
总场强为
方向沿x轴,即杆的延长线方向.
2.一个细玻璃棒被弯成半径为R的半圆形,沿其上半部分均匀分布有电荷+Q,沿其下半部分均匀分布有电荷-Q,如图所示.试求圆心O处的电场强度.
解:把所有电荷都当作正电荷处理. 在?处取微小电荷 dq = ?dl = 2Qd? / ?
它在O处产生场强
按??角变化,将dE分解成二个分量:
对各分量分别积分,积分时考虑到一半是负电荷
=0
所以
3. “无限长”均匀带电的半圆柱面,半径为R,设半圆柱面沿轴线OO单位长度上的电荷为?,试求轴线上一点的电场强度.
解:设坐标系如图所示.将半圆柱面划分成许多窄条.dl宽的窄条的电荷线密度为
取?位置处的一条,它在轴线上一点产生的场强为
如图所示. 它在x、y轴上的二个分量为:
dEx=dE sin? , dEy=-dE cos?
对各分量分别积分
场强
4. 实验表明,在靠近地面处有相当强的电场,电场强度垂直于地面向下,大小约为100 N/C;在离地面1.5 km高的地方,也是垂直于地面向下的,大小约为25 N/C.
(1) 假设地面上各处都是垂直于地面向下,试计算从地面到此高度大气中电荷的平均体密度;
(2) 假设地表面内电场强度为零,且地球表面处的电场强度完全是由均匀分布在地表面的电荷产生,求地面上的电荷面密度.(已知:真空介电常量=8.85×10-12 C2·N-1·m-2)
解:(1) 设电荷的平均体密度为?,取圆柱形高斯面如图(1)(侧面垂直底面,底面?S平行地面)上下底面处的
场强分别为E1和E2,则通过高斯面的电场强度通量为:
·=E2?S-E1?S=(E2-E1) ?S
高斯面S包围的电荷∑qi=h?S?
由高斯定理(E2-E1) ?S=h?S??/? 0 ∴ =4.43×10-13 C/m3
(2) 设地面面电荷密度为?.由于电荷只分布在地表面,所以电力线终止于地面,取高斯面如图(2)
由高斯定理 ·=
-E?S=
∴ ? =-? 0 E=-8.9×10-10 C/m3
5. 一半径为R的带电球体,其电荷体密度分布为
????????=Ar (r≤R) , ??=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dr的薄球壳,该壳内所包含的电荷为
在半径为r的球面内包含的总电荷为
(r≤R)
以该球面为高斯面,按高斯定理有
得到 , (r≤R)
方向沿径向,A0时向外, A0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
得到
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