物理课后习题及解析

1、-. z.第十一章恒定磁场111两根长度一样的细导线分别多层密绕在半径为R和r的两个长直圆筒上形成两个螺线管，两个螺线管的长度一样，R2r，螺线管通过的电流一样为I，螺线管中的磁感强度大小满足ABCD分析与解在两根通过电流一样的螺线管中，磁感强度大小与螺线管线圈单位长度的匝数成正比根据题意，用两根长度一样的细导线绕成的线圈单位长度的匝数之比因而正确答案为C.112一个半径为r的半球面如图放在均匀磁场中，通过半球面的磁通量为ABC D题 11-2 图分析与解作半径为r的圆S与半球面构成一闭合曲面，根据磁场的高斯定理，磁感线是闭合曲线，闭合曲面的磁通量为零，即穿进半球面S 的磁通量等于穿出圆面S的

2、磁通量；因而正确答案为D113以下说法正确的选项是A闭合回路上各点磁感强度都为零时，回路内一定没有电流穿过B闭合回路上各点磁感强度都为零时，回路内穿过电流的代数和必定为零C磁感强度沿闭合回路的积分为零时，回路上各点的磁感强度必定为零D磁感强度沿闭合回路的积分不为零时，回路上任意一点的磁感强度都不可能为零分析与解由磁场中的安培环路定律，磁感强度沿闭合回路的积分为零时，回路上各点的磁感强度不一定为零；闭合回路上各点磁感强度为零时，穿过回路的电流代数和必定为零.因而正确答案为B114在图和中各有一半径一样的圆形回路L1、L2，圆周内有电流I1、I2，其分布一样，且均在真空中，但在图中L2回路外有电流

3、I3，P1、P2为两圆形回路上的对应点，则A，B，C ，D，题 11-4 图分析与解由磁场中的安培环路定律，积分回路外的电流不会影响磁感强度沿回路的积分；但同样会改变回路上各点的磁场分布因而正确答案为C115半径为R的圆柱形无限长载流直导体置于均匀无限大磁介质之中，假设导体中流过的恒定电流为I，磁介质的相对磁导率为1，则磁介质内的磁化强度为ABCD分析与解利用安培环路定理可先求出磁介质中的磁场强度，再由M1H求得磁介质内的磁化强度，因而正确答案为B1111如下图，几种载流导线在平面内分布，电流均为I，它们在点O的磁感强度各为多少？题 11-11 图分析应用磁场叠加原理求解将不同形状的载流导线分

4、解成长直局部和圆弧局部，它们各自在点O处所激发的磁感强度较容易求得，则总的磁感强度.解长直电流对点O而言，有，因此它在点O产生的磁场为零，则点O处总的磁感强度为1/4圆弧电流所激发，故有B0的方向垂直纸面向外将载流导线看作圆电流和长直电流，由叠加原理可得B0的方向垂直纸面向里c将载流导线看作1/2圆电流和两段半无限长直电流，由叠加原理可得B0的方向垂直纸面向外1113如图(a)所示，载流长直导线的电流为I，试求通过矩形面积的磁通量题 11-13 图分析由于矩形平面上各点的磁感强度不同，故磁通量BS为此，可在矩形平面上取一矩形面元dSld*，如图所示，载流长直导线的磁场穿过该面元的磁通量为矩形平

5、面的总磁通量解由上述分析可得矩形平面的总磁通量第十二章电磁感应电磁场和电磁波121一根无限长平行直导线载有电流I，一矩形线圈位于导线平面内沿垂直于载流导线方向以恒定速率运动如下图，则A线圈中无感应电流B线圈中感应电流为顺时针方向C线圈中感应电流为逆时针方向D线圈中感应电流方向无法确定题 12-1 图分析与解由右手定则可以判断，在矩形线圈附近磁场垂直纸面朝里，磁场是非均匀场，距离长直载流导线越远，磁场越弱因而当矩形线圈朝下运动时，在线圈中产生感应电流，感应电流方向由法拉第电磁感应定律可以判定因而正确答案为B122将形状完全一样的铜环和木环静止放置在交变磁场中，并假设通过两环面的磁通量随时间的变化

6、率相等，不计自感时则A铜环中有感应电流，木环中无感应电流B铜环中有感应电流，木环中有感应电流C铜环中感应电动势大，木环中感应电动势小D铜环中感应电动势小，木环中感应电动势大分析与解根据法拉第电磁感应定律，铜环、木环中的感应电场大小相等，但在木环中不会形成电流因而正确答案为A123有两个线圈，线圈1对线圈2的互感系数为M21，而线圈2对线圈1的互感系数为M12假设它们分别流过i1和i2的变化电流且，并设由i2变化在线圈1中产生的互感电动势为12，由i1变化在线圈2中产生的互感电动势为21，下述论断正确的选项是A，B，C， D，分析与解教材中已经证明M21M12，电磁感应定律；因而正确答案为D12

7、4对位移电流，下述说法正确的选项是A位移电流的实质是变化的电场B位移电流和传导电流一样是定向运动的电荷C位移电流服从传导电流遵循的所有定律D位移电流的磁效应不服从安培环路定理分析与解位移电流的实质是变化的电场变化的电场激发磁场，在这一点位移电流等效于传导电流，但是位移电流不是走向运动的电荷，也就不服从焦耳热效应、安培力等定律因而正确答案为A125以下概念正确的选项是A感应电场是保守场B感应电场的电场线是一组闭合曲线C，因而线圈的自感系数与回路的电流成反比D ，回路的磁通量越大，回路的自感系数也一定大分析与解对照感应电场的性质，感应电场的电场线是一组闭合曲线因而正确答案为B127 载流长直导线中

8、的电流以的变化率增长.假设有一边长为d的正方形线圈与导线处于同一平面内，如下图.求线圈中的感应电动势.分析 此题仍可用法拉第电磁感应定律，来求解.由于回路处在非均匀磁场中，磁通量就需用来计算. 为了积分的需要，建立如下图的坐标系.由于B仅与*有关，即B=B(*)，故取一个平行于长直导线的宽为d*、长为d的面元dS，如图中阴影局部所示，则dS=dd*，所以，总磁通量可通过线积分求得假设取面元dS=d*dy，则上述积分实际上为二重积分.此题在工程技术中又称为互感现象，也可用公式求解.解1 穿过面元dS的磁通量为因此穿过线圈的磁通量为再由法拉第电磁感应定律，有解2 当两长直导线有电流I通过时，穿过线

9、圈的磁通量为线圈与两长直导线间的互感为当电流以变化时，线圈中的互感电动势为题 12-7 图第十四章波 动 光 学14-1在双缝干预实验中，假设单色光源S 到两缝S1 、S2 距离相等，则观察屏上中央明条纹位于图中O 处，现将光源S 向下移动到图中的S位置，则A 中央明纹向上移动，且条纹间距增大B 中央明纹向上移动，且条纹间距不变C 中央明纹向下移动，且条纹间距增大D 中央明纹向下移动，且条纹间距不变分析与解由S 发出的光到达S1 、S2 的光程一样，它们传到屏上中央O 处，光程差0，形成明纹当光源由S 移到S时，由S到达狭缝S1 和S2 的两束光产生了光程差为了保持原中央明纹处的光程差为0，它

10、会向上移到图中O处使得由S沿S1 、S2 狭缝传到O处的光程差仍为0而屏上各级条纹位置只是向上平移，因此条纹间距不变应选B题14-1 图14-2如下图，折射率为n2 ，厚度为e 的透明介质薄膜的上方和下方的透明介质的折射率分别为n1 和n3，且n1 n2 ，n2 n3 ，假设用波长为的单色平行光垂直入射到该薄膜上，则从薄膜上、下两外表反射的光束的光程差是题14-2 图分析与解由于n1 n2 ，n2 n3 ，因此在上外表的反射光有半波损失，下外表的反射光没有半波损失，故它们的光程差，这里是光在真空中的波长因此正确答案为B14-3如图a所示，两个直径有微小差异的彼此平行的滚柱之间的距离为L，夹在两

11、块平面晶体的中间，形成空气劈形膜，当单色光垂直入射时，产生等厚干预条纹，如果滚柱之间的距离L 变小，则在L *围内干预条纹的A 数目减小，间距变大B 数目减小，间距不变C 数目不变，间距变小 D 数目增加，间距变小题14-3图分析与解图a装置形成的劈尖等效图如图b所示图中 d为两滚柱的直径差，b 为两相邻明或暗条纹间距因为d 不变，当L 变小时， 变大，L、b均变小由图可得，因此条纹总数，因为d和n 不变，所以N 不变正确答案为C14-4用平行单色光垂直照射在单缝上时，可观察夫琅禾费衍射.假设屏上点P处为第二级暗纹，则相应的单缝波阵面可分成的半波带数目为A 3 个B 4 个C 5 个D 6 个

12、分析与解根据单缝衍射公式因此第k 级暗纹对应的单缝处波阵面被分成2k 个半波带，第k 级明纹对应的单缝波阵面被分成2k1 个半波带则对应第二级暗纹，单缝处波阵面被分成4个半波带应选B14-5波长550 nm 的单色光垂直入射于光栅常数d 1.0 10-4 cm 的光栅上，可能观察到的光谱线的最大级次为A 4B 3C 2D 1分析与解由光栅方程，可能观察到的最大级次为即只能看到第1 级明纹，正确答案为D14-6 三个偏振片P1 、P2 与P3 堆叠在一起，P1 与P3的偏振化方向相互垂直，P2与P1 的偏振化方向间的夹角为30，强度为I0 的自然光入射于偏振片P1 ，并依次透过偏振片P1 、P2

13、与P3 ，则通过三个偏振片后的光强为A 3I0/16B I0/8C 3I0/32D 0分析与解自然光透过偏振片后光强为I1 I0/2由于P1 和P2 的偏振化方向成30，所以偏振光透过P2 后光强由马吕斯定律得而P2和P3 的偏振化方向也成60，则透过P3 后光强变为故答案为C14-7自然光以60的入射角照射到两介质交界面时，反射光为完全线偏振光，则折射光为 A 完全线偏振光，且折射角是30B 局部偏振光且只是在该光由真空入射到折射率为的介质时，折射角是30C 局部偏振光，但须知两种介质的折射率才能确定折射角D 局部偏振光且折射角是30分析与解 根据布儒斯特定律，当入射角为布儒斯特角时，反射光

14、是线偏振光，相应的折射光为局部偏振光.此时，反射光与折射光垂直.因为入射角为60，反射角也为60，所以折射角为30.应选D.14-9在双缝干预实验中，用波长546.1 nm 的单色光照射，双缝与屏的距离d300mm测得中央明纹两侧的两个第五级明条纹的间距为12.2mm，求双缝间的距离分析双缝干预在屏上形成的条纹是上下对称且等间隔的如果设两明纹间隔为*，则由中央明纹两侧第五级明纹间距*5 *-5 10* 可求出*再由公式* dd 即可求出双缝间距d解根据分析：* *5 *-5/10 1.2210-3 m双缝间距： d d* 1.34 10-4 m14-11如下图，将一折射率为1.58的云母片覆盖

15、于杨氏双缝上的一条缝上，使得屏上原中央极大的所在点O改变为第五级明纹.假定=550 nm，求：1条纹如何移动？2 云母片的厚度t.题14-11图分析(1)此题是干预现象在工程测量中的一个具体应用，它可以用来测量透明介质薄片的微小厚度或折射率在不加介质片之前，两相干光均在空气中传播，它们到达屏上任一点P的光程差由其几何路程差决定，对于点O，光程差0，故点O 处为中央明纹，其余条纹相对点O 对称分布而在插入介质片后，虽然两相干光在两介质薄片中的几何路程一样，但光程却不同，对于点O，0，故点O不再是中央明纹，整个条纹发生平移原来中央明纹将出现在两束光到达屏上光程差=0的位置.(2) 干预条纹空间分布

16、的变化完全取决于光程差的变化因此，对于屏上*点P明纹或暗纹位置，只要计算出插入介质片前后光程差的变化，即可知道其干预条纹的变化情况插入介质前的光程差1 r1 r 2 k1对应k1 级明纹，插入介质后的光程差2 n1d r1 r2 k1对应k1 级明纹光程差的变化量为2 1 n 1d k2 k1 式中k2 k1 可以理解为移过点P的条纹数此题为5因此，对于这类问题，求解光程差的变化量是解题的关键解由上述分析可知，两介质片插入前后，对于原中央明纹所在点O，有将有关数据代入可得14-13利用空气劈尖测细丝直径如下图，589.3 nm，L 2.888 10-2m，测得30 条条纹的总宽度为4.259

17、10-3 m，求细丝直径d分析在应用劈尖干预公式 时，应注意相邻条纹的间距b 是N条条纹的宽度* 除以N 1对空气劈尖n 1解由分析知，相邻条纹间距，则细丝直径为题14-13 图14-21一单色平行光垂直照射于一单缝，假设其第三条明纹位置正好和波长为600 nm的单色光垂直入射时的第二级明纹的位置一样，求前一种单色光的波长分析采用比拟法来确定波长对应于同一观察点，两次衍射的光程差一样，由于衍射明纹条件，故有，在两明纹级次和其中一种波长的情况下，即可求出另一种未知波长解根据分析，将代入 ，得第十五章狭义相对论151有以下几种说法：(1) 两个相互作用的粒子系统对*一惯性系满足动量守恒，对另一个惯

18、性系来说，其动量不一定守恒；(2) 在真空中，光的速度与光的频率、光源的运动状态无关；(3) 在任何惯性系中，光在真空中沿任何方向的传播速率都一样.其中哪些说法是正确的？ ()(A) 只有(1)、(2)是正确的(B) 只有(1)、(3)是正确的(C) 只有(2)、(3)是正确的 (D) 三种说法都是正确的分析与解物理相对性原理和光速不变原理是相对论的根底.前者是理论根底，后者是实验根底.按照这两个原理，任何物理规律(含题述动量守恒定律)对*一惯性系成立，对另一惯性系也同样成立.而光在真空中的速度与光源频率和运动状态无关，从任何惯性系(相对光源静止还是运动)测得光速均为3108 ms-1 .迄今

19、为止，还没有实验能推翻这一事实.由此可见，(2)(3)说法是正确的，应选(C).152按照相对论的时空观，判断以下表达中正确的选项是()(A) 在一个惯性系中两个同时的事件，在另一惯性系中一定是同时事件(B) 在一个惯性系中两个同时的事件，在另一惯性系中一定是不同时事件(C) 在一个惯性系中两个同时又同地的事件，在另一惯性系中一定是同时同地事件(D) 在一个惯性系中两个同时不同地的事件，在另一惯性系中只可能同时不同地() 在一个惯性系中两个同时不同地事件，在另一惯性系中只可能同地不同时分析与解设在惯性系中发生两个事件，其时间和空间间隔分别为t 和*，按照洛伦兹坐标变换，在系中测得两事件时间和空

20、间间隔分别为和讨论上述两式，可对题述几种说法的正确性予以判断：说法(A)(B)是不正确的，这是因为在一个惯性系(如系)发生的同时(t0)事件，在另一个惯性系(如系)中是否同时有两种可能，这取决于那两个事件在 系中发生的地点是同地(*0)还是不同地(*0).说法(D)()也是不正确的，由上述两式可知：在系发生两个同时(t0)不同地(*0)事件，在系中一定是既不同时(t0)也不同地(*0)，但是在 系中的两个同时同地事件，在系中一定是同时同地的，故只有说法(C)正确.有兴趣的读者，可对上述两式详加讨论，以增加对相对论时空观的深入理解.153有一细棒固定在系中，它与O*轴的夹角60，如果系以速度u

21、沿O*方向相对于系运动，系中观察者测得细棒与O* 轴的夹角()(A) 等于60 (B) 大于60 (C) 小于60(D) 当系沿O* 正方向运动时大于60，而当系沿O*负方向运动时小于60分析与解按照相对论的长度收缩效应，静止于系的细棒在运动方向的分量(即O* 轴方向)相对系观察者来说将会缩短，而在垂直于运动方向上的分量不变，因此系中观察者测得细棒与O* 轴夹角将会大于60，此结论与系相对系沿O* 轴正向还是负向运动无关.由此可见应选(C). 154一飞船的固有长度为L，相对于地面以速度v1 作匀速直线运动，从飞船中的后端向飞船中的前端的一个靶子发射一颗相对于飞船的速度为v2 的子弹.在飞船上

22、测得子弹从射出到击中靶的时间间隔是() (c 表示真空中光速)(A)(B) (C)(D)分析与解固有长度是指相对测量对象静止的观察者所测，则题中L、v2 以及所求时间间隔均为同一参考系(此处指飞船)中的三个相关物理量，求解时与相对论的时空观无关.应选(C).讨论从地面测得的上述时间间隔为多少？ 建议读者自己求解.注意此处要用到相对论时空观方面的规律了.155设系以速率v0.60c相对于系沿*轴运动，且在tt0时，* *0.(1)假设有一事件，在系中发生于t2.0107，*50m处，该事件在系中发生于何时刻？(2)如有另一事件发生于系中t3.010-7 ，*10m处，在系中测得这两个事件的时间间

23、隔为多少？分析在相对论中，可用一组时空坐标(*，y，z，t)表示一个事件.因此，此题可直接利用洛伦兹变换把两事件从系变换到系中.解(1) 由洛伦兹变换可得系的观察者测得第一事件发生的时刻为(2) 同理，第二个事件发生的时刻为所以，在系中两事件的时间间隔为156设有两个参考系 和，它们的原点在t0和t0时重合在一起.有一事件，在系中发生在t8.0108 s，*60m，y0，z0处，假设系相对于系以速率v0.6c 沿*轴运动，问该事件在系中的时空坐标各为多少？分析此题可直接由洛伦兹逆变换将该事件从系转换到系.解由洛伦兹逆变换得该事件在 系的时空坐标分别为y y0z z0157一列火车长0.30km

24、(火车上观察者测得)，以100kmh-1 的速度行驶，地面上观察者发现有两个闪电同时击中火车的前后两端.问火车上的观察者测得两闪电击中火车前后两端的时间间隔为多少？分析首先应确定参考系，如设地面为系，火车为系，把两闪电击中火车前后端视为两个事件(即两组不同的时空坐标).地面观察者看到两闪电同时击中，即两闪电在系中的时间间隔tt2t10.火车的长度是相对火车静止的观察者测得的长度(注：物体长度在不指明观察者的情况下，均指相对其静止参考系测得的长度)，即两事件在系中的空间间隔*2 *10.30103m.系相对系的速度即为火车速度(对初学者来说，完成上述根本分析是十分必要的).由洛伦兹变换可得两事件

25、时间间隔之间的关系式为 (1) (2)将条件代入式(1)可直接解得结果.也可利用式(2)求解，此时应注意，式中为地面观察者测得两事件的空间间隔，即系中测得的火车长度，而不是火车原长.根据相对论，运动物体(火车)有长度收缩效应，即.考虑这一关系方可利用式(2)求解.解1根据分析，由式(1)可得火车(系)上的观察者测得两闪电击中火车前后端的时间间隔为负号说明火车上的观察者测得闪电先击中车头*2 处.解2根据分析，把关系式 代入式(2)亦可得与解1一样的结果.相比之下解1较简便，这是因为解1中直接利用了0.30km这一条件.158在惯性系中，*事件A发生在*1处，经过2.0 106后，另一事件B发生

26、在*2处，*2*1300m.问：(1) 能否找到一个相对系作匀速直线运动的参考系，在系中，两事件发生在同一地点？(2) 在系中，上述两事件的时间间隔为多少？分析在相对论中，从不同惯性系测得两事件的空间间隔和时间间隔有可能是不同的.它与两惯性系之间的相对速度有关.设惯性系以速度v 相对系沿* 轴正向运动，因在 系中两事件的时空坐标，由洛伦兹时空变换式，可得 (1) (2)两事件在系中发生在同一地点，即*2*10，代入式(1)可求出v 值以此作匀速直线运动的系，即为所寻找的参考系.然后由式(2)可得两事件在系中的时间间隔.对于此题第二问，也可从相对论时间延缓效应来分析.因为如果两事件在系中发生在同

27、一地点，则t为固有时间间隔(原时)，由时间延缓效应关系式可直接求得结果.解(1) 令*2*10，由式(1)可得(2) 将v值代入式(2)，可得这说明在系中事件A先发生.第十六章量子物理161以下物体哪个是绝对黑体()(A) 不辐射可见光的物体(B) 不辐射任何光线的物体(C) 不能反射可见光的物体 (D) 不能反射任何光线的物体分析与解一般来说，任何物体对外来辐射同时会有三种反响：反射、透射和吸收，各局部的比例与材料、温度、波长有关.同时任何物体在任何温度下会同时对外辐射，实验和理解证明：一个物体辐射能力正比于其吸收能力.做为一种极端情况，绝对黑体(一种理想模型)能将外来辐射(可见光或不可见光

28、)全部吸收，自然也就不会反射任何光线，同时其对外辐射能力最强.综上所述应选(D).162光电效应和康普顿效应都是光子和物质原子中的电子相互作用过程，其区别何在？ 在下面几种理解中，正确的选项是()(A) 两种效应中电子与光子组成的系统都服从能量守恒定律和动量守恒定律(B) 光电效应是由于电子吸收光子能量而产生的，而康普顿效应则是由于电子与光子的弹性碰撞过程(C) 两种效应都相当于电子与光子的弹性碰撞过程(D) 两种效应都属于电子吸收光子的过程分析与解两种效应都属于电子与光子的作用过程，不同之处在于：光电效应是由于电子吸收光子而产生的，光子的能量和动量会在电子以及束缚电子的原子、分子或固体之间按照适当的比例分配，但仅就电子和光子而言，两者之间并不是一个弹性碰撞过程，也不满足能量和动量守恒.而康普顿效应中的电子属于自由电子，其作用相当于一个弹性碰撞过程，作用后的光子并未消失，两者之间满足能量和动量守恒.综上所述，应选(B).163关于光子的性质，有以下说法(1) 不管真空中或介质中的速度都是c；(2) 它的静止质量为零；(3) 它的动量为； (4) 它的总能量就是它的动能；(5) 它有动量和能量，但没有质量.