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理学(第三版)祝之光课后练习答案-
1-4 已知一质点的运动方程为式中以计,和以计。
(1)计算并图示质点的运动轨迹;(2)求出 到这段时间内质点的平均速度; (3)计算1秒末和2秒末质点的速度;(4)计算1秒末和2秒末质点的加速度。
解(1)
运动轨迹如图
(2)
(3)
(4)
1-9 质点从静止出发沿半径的圆周作匀变速运动,切向加速度。问:
(1)经过多少时间后质点的总加速度恰好与半径成角?(2)在上述时间内,质点所经历的角位移和路程各为多少?
解(1)
可得 解得
又因为
由
(2)由匀变速圆周公式
得
1-10 列车沿圆弧轨道行驶,方向由西向东逐渐变为向北,其运动规律(以计,以计)。当时,列车在点,此圆弧轨道的半径为1500.若把列车视为质点,
求列车从点行驶到处的速率和加速度。
解 (1)
当时,有
解得 (不合题意,舍去)
将代入(1)式,
又 时
2-3 如图所示,已知两物体与平面的摩擦因数均为0.2.求质量为的物体的加速度及绳子对它的拉力(绳子和滑轮质量均不计)
解:隔离物体,作出受力分析图,由牛二定律可得:
由题意:
解此方程组,解得
第六章 静电场
6-3、在坐标原点及()点分别放置电荷的点电荷,求点处的场强(坐标单位为)。
解:(如图),由点电荷的场强公式,可得:
6-5 一根玻璃棒被弯成半径为的半圆形,其上电荷均匀分布,总电荷量为。求半圆中心点的场强。
解:(如图),在棒上取电荷元,则
(方向如图)
由对称性分析,可知
6-6 如图所示,有一半径为的均匀带电圆环,总电荷量为。利用例6-4所得结果,(1)求环心处的场强;(2)轴线上什么地方场强最大?它的数值是多少?(3)画出轴线上的曲线;(4)若是均匀带电的圆盘(半径为,电荷面密度为),你能否利用例6-4的结论提出计算此圆盘上离盘心处的场强的方法?
解:由例6-4知,均匀带电圆环在中心轴线上任一点
的场强为:
(1)环心处()时
(2)令 即
解得
(3)(略)
(4)取
6-11 两个均匀的带电同心球面,内球面带有电荷,外球面带有电荷,两球面之间区域中距球心为的点的场强为方向沿球面半径指向球心,外球面之外距球心为的点的场强为,方向沿球面半径向外。试求和各为多少?
解:由高斯定理和已知条件可得:
6-12 用高斯定理求均匀带正电的无限长细棒外的场强分布,设棒上电荷的线密度为。
解:由电荷的对称性分布可知,距无限长细棒距离相等的点的场强都相等,方向在垂直于细棒的平面内且呈发散状。
取以细棒为轴心,高为、底面半径为的圆柱面为高斯面,根据高斯定理,有:
6-16有一对点电荷,所带电荷量的大小都为,它们间的距离为。试就下述两种情形求这两点电荷连线中点的场强和电势:(1)两点电荷带同种电荷;(2)两点电荷带异种电荷。
解:(1)根据点电荷的场强和电势公式,有:
所以
(2) 所以 (方向指向负电荷)
6-17 如图所示,点有电荷点有电荷,是以为中心、为半径的半圆。
(1)将单位正电荷从点沿移到点,电场力作功多少?
(2)将单位负电荷从点沿延长线移到无穷远处,电场力作功多少?
解:(1)
(2)
6-19 在半径分别为和的两个同心球面上,分别均匀带电,电荷量各为 和,且 。求下列区域内的电势分布:(1)
(3)。
解:由高斯定理可得场强分别为:
取无限远处为电势零点,根据电势的定义式,可得;
6-25 、、是三块平行金属板,面积均为,、相距 、相距 、两板都接地,如图所示。设板带正电,不计边缘效应(即认为电场集中在平板之间且是均匀的)。(1) 若平板之间为空气(),求板和板上的感应电荷,以及板上的电势;(2)若在、间另充以 的均匀电介质,再求板和板上的感应电荷,以及板上的电势。
解:(1)
由 ,得:
(1)、(2)联立,解得:
(2)由 得
(1)、联立,解得
6-28 一空气平板电容器的电容,充电到电荷为后,将电源切断。(1)求板极间的电势差和电场能量;(2)将两极板拉开,使距离增到原距离的两倍,试计算拉开前后电场能的改变,并解释其原因。
解:(1)
(2)由于拉开前后板极的电荷量不变,场强大小不变,而,可见拉开后两板间的电势差是原来的2倍,即。
外力克服电场力作功,电势能增加。
6-29 平板电容器两极间的空间(体积为)被相对介电常数为的均匀电介质填满。极板上电荷的面密度为。试计算将电介质从电容器中取出过程中外力所作的功。
解:
同理,可得
根据功能关系,外力作的功等于
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