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本文格式为Word版,下载可任意编辑——大学物理计算题25

真空中两条平行的“无限长〞均匀带电直线相距为a,其电荷线密度分别为-λ和+λ.试求:

(1)在两直线构成的平面上,两线间任一点的电场强度(选OX轴如下图,两线的中点为原点).

(2)两带电直线上单位长度之间的相互吸引力.

26

若电荷以一致的面密度ζ均匀分布在半径分别为r1=10cm和r2=20cm的两个同心球面上,设无穷远处电势为零,已知球心电势为300V,试求两球面的电荷面密度ζ

-1222

的值.(εo=8.85×10C/N·m)27

电荷以一致的面密度ζ分布在半径为r1=10cm和r2=20cm的两个同心球面

上.设无限远处电势为零,球心处的电势为Uo=300V.

(1)求电荷面密度ζ.

(2)若要使球心处的电势也为零,外球面上应放掉多少电荷?

-1222

[εo=8.85×10C/(N·m)]28

一质子从O点沿OX轴正向射出,初速度

6

vo=10m/s.在质子运动范围内有一匀强静电场,场强大小为E=3000V/m,方向沿OX轴负向.试求该质子能离开O点的最大距离.

-27

(质子质量m=1.67×10kg,基本电荷e

-19

=1.6×10C)

29

真空中A、B两点间相距为d,其上分别放置电量为-Q与+Q的点电荷,如图.在AB连线中点O处有一质量为m、电量为+q的粒子,以速度vo向A点运动.求此带电粒子运动到达距离A点d/4处的P点时的速度(重力可忽略不计).

30

真空中一"无限大"均匀带电平面,其电荷面密度为ζ(>0).在平面附近有一质量为m、电量为q(>0)的粒子.试求当带电

粒子在电场力作用下从静止开始垂直于平面方向运动一段距离时的速率.设重力的影响可忽略不计.31

真空中一"无限大"均匀带电平面,平面附近有一质量为m、电量为q的粒子,在电场力作用下,由静止开始沿电场方向运动一段距离,获得速度大小为v.试求平面上的面电荷密度.设重力影响可忽略不计.32

在极板间距为d的空气平行板电容器中,平行于极板插入一块厚度为d,面积与极板一致的金属板后,其电容为原来电容的多少倍?假使平行插入的是相对介电常数为εr的与金属板厚度、面积均一致的介质板则又如何?33

一球形电容器,内球壳半径为R1,外球壳半径为R2,两球壳间充满了相对介电常数为εr的各向同性均匀电介质.设两球壳间电势差为U12,

求:(1)电容器的电容;

(2)电容器储存的能量.

34

在介电常数为ε的无限大各向同性均匀介质中,有一半径为R的导体球,带电量为Q,求电场能量.35

现有一根单芯电缆,电缆芯的半径为r1=15mm,铅包皮的内半径为r2=50mm,其间充以相对介电常数εr=2.3的各向同性均匀电介质.求当电缆芯与铅包皮间的电压为U12=600V时,长为=1km的电缆中贮存的静电能是多少?

-122-1-2

(εo=8.85×10C·N·m)36

一电容为C的空气平行板电容器,接上端电压U为定值的电源充电.在电源保持连接的状况下,试求把两个极板间距离增大至n倍时外力所作的功.37

已知均匀磁场,其磁感应强度B=2.0W

-2

b·m,方向沿x轴正向,如下图.试求:(1)通过图中aboc面的磁通量;(2)通过图中bedo面的磁通量;

(3)通过图中acde面的磁通量.

38

有二根导线,分别长2米和3米,将它们弯成闭合的圆,且通以电流I1和I2,已知两个圆电流在圆心处的磁感应强度相等.求圆电流的比值I1/I2.39

如下图,半径为R,电荷线密度为λ(>0)的均匀带电的圆线圈,绕过圆心与圆平面垂直的轴以角速度ω转动,求轴线上任一点的的大小及其方向.

40

用两根彼此平行的半无限长直导线L1、L2把半径为R的均匀导体圆环联到电源上,如下图.已知直导线上的电流为I.求圆环中心O点的磁感应强度.

41

如下图,一半径为R的均匀带电无限长直圆筒,电荷面密度为ζ.该筒以角速度ω绕其轴线匀速旋转.试求圆筒内部的磁感应强度.

42

在一半径R=1.0cm的无限长半圆筒形金属薄片中,沿长度方向有电流I=5.0A通过,且横截面上电流分布均匀.试求圆柱轴

-7

线任一点的磁感应强度.(μo=4π×10

2

N/A)43

一无限长圆柱形铜导体(磁导率μo),半径为R,通有均匀分布的电流I.今取一矩形平面S(长为1m,宽为2R),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.

44

在B=0.1T的均匀磁场中,有一个速度

4

大小为v=10m/s的电子沿垂直于的方向(如图)通过A点,求电子的轨道半径和旋转频率.

45

已知载流圆线圈中心处的磁感应强度为Bo,此圆线圈的磁矩与一边长为a通过电流为I的正方形线圈的磁矩之比为2∶1,求载流圆线圈的半径.46

如下图,相距为a,通电流为I1和I2的两根无限长平形载流直导线.(1)写出电流元I1d1对电流元I2d2的作用力的数学表达式;

(2)推出载流导线单位长度上所受力的公式.

47

在氢原子中,电子沿着某一圆轨道绕核运动.求等效圆电流的磁矩m与电子轨道运动的动量矩大小之比,并指出m和方向间的关系.(电子电荷为e,电子质量为m)48

如下图线框,铜线横截面积S=2.0m2

m,其中OA和DO'两段保持水平不动,ABCD段是边长为a的正方形的三边,它可

绕OO'轴无摩檫转动.整个导线放在匀强磁场中,的方向竖直向上.已知铜的密度ρ

33

=8.9×10kg/m,当铜线中的电流I=10A时,导线处于平衡状态,AB段和CD段

o

与竖直方向的夹角=15.求磁感应强度的大小.

49

已知真空中电流分布如图,两个半圆共面,且具有公共圆心,试求O点处的磁感应强度.

50

如下图,一无限长载流平板宽度为a,线电流密度(即沿X方向单位长度上的电流)为δ,求与平板共面且距平板一边为b的任意点P的磁感应强度.

51

螺绕环中心周长=10cm,环上均匀密绕线圈N=200匝,线圈中通有电流I=0.1A.管内充满相对磁导率μr=4200的磁介质.求管内磁场强度和磁感应强度的大小.52

一铁环中心线周长=30cm,横截面S

2

=1.0cm,环上紧凑地绕有N=300匝的线圈.当导线中电流I=32mA时,通过

-6

环截面的磁通量φ=2.0×10Wb.试求铁芯的磁化率χm.

53

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1m,绕了1000匝,通以电流I=10cos100πt(SI),正方形小线圈每边长5cm,共100匝,电阻为1Ω,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,μo=

-7

4π×10T·m/A).

54

如下图,在马蹄形磁铁的中间A点处放置一半径r=1cm、匝数N=10匝的线圈,

且线圈平面法线平行于A点磁感应强度,今将此线圈移到足够远处,在这期间若线圈中流过

-6

的总电量为Q=π×10C,试求A点处磁感应强度是多少?(已知线圈的电阻R=10Ω,线圈的自感忽略不计)

55

无限长直导线,通以电流I.有一与之共面的直角三角形线圈ABC.已知AC边长为b,且与长直导线平行,BC边长为a.若线圈以垂直于导线方向的速度向右平移,当B

点与长直导线的距离为d时,求线圈ABC内的感应电动势的大小和感应电动势的方向.

56

如图,有一弯成θ角的金属架COD放在磁场中,磁感应强度的方向垂直于金属架COD所在平面.一导体杆MN垂直于OD边,并在金属架上以恒定速度向右滑动,与MN垂直.设t=0时,x=0.求以下两情形,框架内的感应电动势εi.(1)磁场分布均匀,且不随时间改变.

(2)非均匀的时变磁场B=Kxcosωt.

57

如下图,一长直导线通有电流I,其旁共面地放置一匀质金属梯形线框abcda,已知:da=ab=bc=L,两斜边与下底边夹角均为60°,d点与导线相距为.今线框从静止开始自由下落H高度,且保持线框平面与长直导线始终共面,求:

(1)下落H高度后瞬间,线框中的感应电流为多少?

(2)该瞬时线框中电势最高处与电势最低处之间的电势差为多少?

58

如下图,长直导线中电流为i,矩形线框abcd与长直导线共面,且ad∥AB,dc边固定,ab边沿da及cb以速度无摩擦地匀速平动.t=0时,ab边与cd边重合.设线框自感忽略不计.

(1)如i=Io,求ab中的感应电动势.ab两点哪点电势高?

67

一简谐波沿x轴负方向传播,波速为1m/s,在x轴上某质点的振动频率为1Hz、振幅为0.01m.t=0时该质点恰好在正向最大位移处.若以该质点的平衡位置为x轴的原点.求此一维简谐波的波动方程.68

已知一平面简谐波的方程为y=Acosπ(4t+2x)(SI).

(1)求该波的波长λ,频率和波速u的值;

(2)写出t=4.2s时刻各波峰位置的坐标表达式,并求出此时离坐标原点最近的那个波峰的位置;

(3)求t=4.2s时离坐标原点最近的那个波峰通过坐标原点的时刻t.69

如下图,两列平面简谐相干横波,在两种不同的媒质中传播,在分界面上的P点相遇.频率=100Hz,振幅A1=A2=

-3

1.00×10m,S1的位相比S2的位相超前

-1

π.在媒质1中波速u1=400m·s,在媒

质2中的波速u2=500m·s,S1P=r1=4.00m,S2P=r2=3.75m,求P点的合振幅.

-1

70

如下图,两列波长均为λ的相干简谐波分别通过图中的O1和O2点,通过O1点的简谐波在M1M2平面反射后,与通过O2点的简谐波在P点相遇.假定波在M1M2平面反射时有半波损失.O1和O2两点的振动方程为y10=Acos(πt)和y20=Acos(π

t),且+=8λ,=3λ(λ为波长),求:

(1)两列波分别在P点引起的振动的方程;

(2)P点的合振动方程.(假定两列波在传播或反射过程中均不衰减)

71

薄钢片上有两条紧靠的平行细缝,用波长λ=5461的平面光波正入射到钢片上.屏幕距双缝的距离为D=2.00m,测得中央明条纹

两侧的第五级明条纹间的距离为x=12.0mm.

(1)求两缝间的距离.

(2)从任一明条纹(记作0)向一边数到第20条明条纹,共经过多大距离?

(3)假使使光波斜入射到钢片上,条纹间距将如何改变?72

在双缝干扰试验中,波长λ=5500的单

-4

色平行光垂直入射到缝间距a=2×10m的双缝上,屏到双缝的距离D=2m.求:(1)中央明纹两侧的两条第10级明纹中心的间距;

-6

(2)用一厚度为e=6.6×10m、折射率为n=1.58的玻璃片复盖一缝后,零级明纹将移到原来的第几级明纹处?73

白光垂直照射到空气中一厚度为e=

3800的肥皂膜上,肥皂膜的折射率n=1.33,在可见光的范围内(4000─7600),哪些波长的光在反射中加强?74

图示一牛顿环装置,设平凸透镜中心恰好和平玻璃接触,透镜凸表面的曲率半径是R=400cm.用某单色平行光垂直入射,观测反射光形成的牛顿环,测得第5个明环的半径是0.30cm.

(1)求入射光的波长.

(2)设图中OA=1.00cm,求在半径为OA的范围内可观测到的明环数目.

75

-9

用波长为500nm(1nm=10m)的单色光垂直照射到由两块光学平玻璃构成的

空气劈尖上.在观测反射光的干扰现象中,距劈尖棱边=1.56cm的A处是从棱边算起的第四条暗条纹中心.

(1)求此空气劈尖的劈尖角θ;

(2)改用600nm的单色光垂直照射到此劈尖上仍观测反射光的干扰条纹,A处是明条纹还是暗条纹?

(3)在第(2)问的情形从棱边到A处的范围内共有几条明纹?几条暗纹?76

折射率为1.60的两块标准平面玻璃板之间形成一个劈尖(劈尖角θ很小).用波

-9

长λ=600nm(1nm=10m)的单色光垂直入射,产生等厚干扰条纹.假使在劈尖内充满n=1.40的液体时的相邻明纹间距比劈尖内是空气时的间距缩小=0.5mm,那么劈尖角θ应是多少?77

曲率半径为R的平凸透镜和平板玻璃之间形成空气薄层,如下图.波长为λ的平行单色光垂直入射,观测反射光形成的牛顿

环.设平凸透镜与平板玻璃在中心O点恰好接触.求:

(1)从中心向外数第k个明环所对应的空气薄膜的厚度eK.

(2)第k个明环的半径rK(用R,波长λ和正整数k表示,R远大于上一问的eK).

78

-9

用波长为λ=600nm(1nm=10m)的光垂直照射由两块平玻璃板构成的空气劈

-4

尖薄膜,劈尖角θ=2×10rad.改变劈尖

角,相邻两明条纹间距缩小了=1.0mm,求劈尖角的改变量θ.79

用波长为λ的单色光垂直照射由两块平玻璃板构成的空气劈尖,已知劈尖角为θ.假使劈尖角变为θ',从劈棱数起的第四条明条纹位移值x是多少?80

-9

用波长λ=500nm(1nm=10m)的单色光垂直照射在由两块玻璃板(一端刚好接触成为劈棱)构成的空气劈尖上.劈尖角θ=

-4

2×10rad.假使劈尖内充满折射率为n=1.40的液体.求从劈棱数起第五个明条纹在充入液体前后移动的距离.81

用氦氖激光器发射的单色光(波长为λ=6328)垂直照射到单缝上,所得夫琅和费衍射图样中第一级暗条纹的衍射角为5°,求缝宽度.82

用波长为5893的钠黄光垂直入射在每毫米有500条缝的光栅上,求第一级主极大的衍射角.83

钠黄光中包含两个相近的波长λ1=589.0nm和λ2=589.6nm.用平行的钠黄光垂直入射在每毫米有600条缝的光栅上,会聚透镜的焦距f=1.00m.求在屏幕上形成的第2级光谱中上述两波长λ1和λ2的光谱之间的间隔.84

一束具有两种波长λ1和λ2的平行光垂直照射到一衍射光栅上,测得波长λ1的第三级主极大衍射角和λ2的第四级主极大衍射角均为30°.已知λ1=5600,试问:(1)光栅常数a+b=?(2)波长λ2=?85

地球的半径约为Ro=6376km,它绕太

-1

阳的速率约为v=30km·s,在太阳参照系中测量地球的半径在哪个方向上缩短得

最多?缩短了多少?(假设地球相对于太阳系来说近似于惯性系)86

在惯性系S中,有两事件发生于同一地点,且其次事件比第一事件晚发生t=2秒钟;而在另一惯性系S'中,观测其次事件比第一事件晚发生t'=3秒钟.那么在S'系中发生两件事的地点之间的距离是多少?87

一隧道长为L,宽为d,高为h,拱顶为半圆,如图.设想一列车以极高的速度v沿隧道长度方向通过隧道,若从列车上观测,(1)隧道的尺寸如何?

(2)设列车的长度为o,它全部通过隧道的时间是多少?

88

粒子在磁感应强度为B=0.025T的均匀磁场中沿半径为R=0.83cm的圆形轨道运动.

(1)试计算其德布罗意波长.

(2)若使质量m=0.1g的小球以与粒子一致的速率运动.则其波长为多少?

-27

(粒子的质量m=6.64×10kg,普朗

-34

克常量h=6.63×10J·S,基本电荷e=

-19

1.6×10C)89

一维运动的粒子,设其动量的不确定量等于它的动量,试求此粒子的位置不确定量与它的德布罗意波长的关系.(不确定关系式P

x≥h)x·90

同时测量能量为1keV的作一维运动的电子的位置与动量时,若位置的不确定值在

-9

0.1nm(1nm=10m)内,则动量的不确定值的百分比P/P至少为何值?

-31

(电子质量me=9.11×10kg,1eV

-19-34

=1.60×10J普朗克常量h=6.63×10J·s)

二.证明题:1

刚体上一点A与转轴的距离为r,当刚体做定轴匀角速转动时,该点的运动方程为:x=rcos(ωt+φo)y=rsin(ωt+φo)上述方程中ω和φo皆为常量,试证明其中的ω为刚体定轴转动的角速度.2

两个等值、平行、反向且其作用线不在同一直线上的力总称为力偶.一力偶作用在刚体上,两力所在的平面与刚体的转轴垂直.试证明力偶对于转轴的力矩等于力和两力间垂直距离的乘积,而与轴的位置无关.3

从牛顿运动定律出发,推导出刚体的定轴转动定律.4

质量为m1、半径为r1的匀质圆轮A,以角速度ω绕通过其中心的水平光滑轴转动,若此时将其放在质量为m2、半径为r2的另一匀质圆轮B上,B轮原为静止,但可绕通过其中心的水平光滑轴转动.放置后A轮的重量由B轮支持,如下图(水平横杆的质量不计).设两轮间的摩擦系数为μ.A、B轮对各自转轴的转动惯量分别为m1r和m2r.证明:A轮放在B轮上到两轮间没有相对滑动为止,经过的时间为

m2r1ωt=──────────.

2μg(m1+m2)

5

试由理想气体状态方程及压强公式,推导出气体温度与气体分子热运动的平均平动动能之间的关系式.6

一定量的理想气体由初态(po,Vo)经绝热过程膨胀至末态(p,V).试证明在这个过程中气体作功为:poVo-pV

A=───────(γ=CP/Cv).

γ-17

为了测定某种理想气体的比热容比γ,可用一根通有电流的铂丝分别对气体在等容条件和等压条件下加热,设每次通电的电流大小和时间均一致.若气体初始温度、压强、体积分别为To、po、Vo,第一次通电保持容积不变,压强和温度变为p1、T1;其次次通电保持压强po不变,温度和体积变为T2、V1.试证明

CP(p1-po)Vo

γ=──=─────────.Cv(V1-Vo)po8

试论证静电场中电力线与等势面四处正交.9

两个电矩均为=q的电偶极子在一条直线上,相距R(R),如下图.试证明两偶极子间的作用力为

2

3p

F≈-──────(负号表示相互吸引)

4

2πεoR

10

半径分别为R和r的两个导体球,相距甚远.用细导线连接两球并使它带电,电荷面密度分别为ζ1和ζ2.忽略两个导体球的静电相互作用和细导线上电荷对导体球上电荷分布的影响.试证明

ζ1r──=──

ζ2R11

如下图,有一根弯曲的导线AC,在均匀磁场中沿水平方向以速度切割磁力线,试证明,导线AC两端的动生电动势等于vB.其中是导线两个端点的联线在MN直线上投影,MN直线与和均垂直.

三.改错题:1

质量为m的物体轻轻地挂在竖直悬挂的轻质弹簧的末端,在物体重力作用下,弹簧被

拉长.当物体由y=0达到yo时,物体所受合力为零.有人认为,这时系统重力势能减少量mgyo应与弹性势能增量ky相等,于是有yo=2mg/k,你看错在哪里?请改正.2

质量为M的木块A放在光滑的水平面上,现有一质量为m速率为vo的子弹水平地射向木块,子弹在木块内行经距离后,相对于木块静止.此时木块在水平面上滑过距离为L,而速度为v1,如下图.设子弹在木块中受的阻力F是恒定的.有人在求L时,对子弹、木块列出以下方程:

对子弹-F=0-mv①

对木块FL=Mv-0②

mvo=(M+m)v1③

试指出上述方程中哪一个是错的,为什么错,正确的应如何?

3

关于热力学其次定律,以下说法如有错误请改正:(1)热量不能从低温物体传向高温物体.(2)功可以全部转变为热量,但热量不能全部转变为功.4

有一电偶极子,今以其中心为球心作半径为R的高斯球面S,把电偶极子包围在其中,如下图.按高斯定理,因高斯面内电荷的代数和为零,得到:

S·d=∑q/εo=0

2

即S·d=Esds=E·4πR=0

∴E=0

即高斯面上各点场强四处为零.以上推证对不对?假使不对,请指出错在何处?

5

关于高斯定理S·d=∑q/εo,以下说法中如有错误请改正.(1)∑q为闭合面内所有电荷的代数和.

(2)闭合面上各点场强仅由面内电荷决定,与面外电荷无关.(3)闭合面的电通量仅取决于面内电荷,与面外电荷无关.6

对于实际上的任何电流回路,任意选取的闭合积分回路,安培环路定理L·d=I都能成立,因此利用安培环路定理可以求出任何电流回路在空间任一处产生的磁场强度.以上看法如有错请指出并改正.7

由安培环路定理的应用例子可见,只有空间电流分布对称的状况下,该定理才成立.以上看法如有错误请指出并改正.四.问答题:1

请分别写出质点系的

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