大学物理II_第十章
第十章 静电场
电荷守恒定律
电荷守恒定律是物理学的基本定律之一. 它指出, 对于一个孤立系统, 不论发生什么变化, 其中所有电荷的代数和永远保持不变. 电荷守恒定律表明, 如果某一区域中的电荷增加或减少了, 那么必定有等量的电荷进入或离开该区域；如果在一个物理过程中产生或消失了某种电荷, 那么必定有等量的异号电荷同时产生或消失. 库仑定律
库仑定律(Coulomb's law), 法国物理学家查尔斯·库仑于1785年发现, 因而命名的一条物理学定律. 库仑定律是电学发展史上的第一个定量规律. 因此, 电学的研究从定性进入定量阶段, 是电学史中的一块重要的里程碑. 库仑定律阐明, 在真空中两个静止点电荷之间的相互作用力与距离平方成反比, 与电量乘积成正比, 作用力的方向在它们的连线上, 同号电荷相斥, 异号电荷相吸.
02
21041r r
q q F πε= 21212010854187817.8---???=m N C ε, 真空电容率(真空介电常数)
电场强度
电场强度是用来表示电场的强弱和方向的物理量. 实验表明, 在电场中某一点, 试探点电荷(正电荷)在该点所受电场力与其所带电荷的比值是一个与试探点电荷无关的量. 于是以试探点电荷(正电荷)在该点所受电场力的方向为电场方向, 以前述比值为大小的矢量定义为该点的电场强度, 常用E 表示. 按照定义, 电场中某一点的电场强度的方向可用试探点电荷(正电荷)在该点所受电场力的电场方向来确定；电场强弱可由试探电荷所受的力与试探点电荷带电量的比值确定.
0q F E =；02041r r q E πε=
点电荷系在某点产生的电场的电场强度等于各点电荷单独在该点产生的电场强
度的矢量和
∑∑==02041i
i
i i r r q E E πε 带电体在一点产生的电场强度等于所有电荷元产生的电场强度的矢量积分
?
?==0
2
04r r dq E d E πε 高斯定理
真空中的静电场中, 穿过任一闭合曲面的电通量, 在数值上等于该闭合曲面内所包围的电量的代数和乘以ε0的倒数.
∑?=
?ins
i S
q S d E 0
1ε
??=
?V
S
dV S d E ρε0
1
给予空间的某个区域内, 任意位置的电场. 原则上, 应用高斯定律, 可以很容易地计算出电荷的分布. 只要积分电场于任意区域的表面, 再乘以真空电容率, 就可以得到区域内的电荷数量.
但是, 更常遇到的是逆反问题. 给予电荷的分布, 求算在某位置的电场. 这问题比较难解析. 虽然知道穿过某一个闭合曲面的电通量, 这资料仍旧不足以解析问题. 在闭合曲面任意位置的电场可能会是非常的复杂.
假若, 问题本身显示出某种对称性, 促使在闭合曲面位置的电场大小变得均匀. 那么, 就可以借着这均匀性来计算电场. 像圆柱对称、平面对称、球对称等等, 这些空间的对称性, 都能帮助高斯定律来解析问题. 若想知道怎样利用这些对称性来计算电场, 请参阅高斯曲面(Gaussian surface). 静电场环路定理
在静电场中, 电场强度沿任一闭合路径的线积分(即电场强度的环流)恒为零
0=??L
l d E
电势能
在静电学里, 电势能(Electric potential energy)是处于电场的电荷分布所具有的势能, 与电荷分布在系统内部的组态有关. 电势能的单位是焦耳. 电势能与电势不同. 电势定义为处于电场的电荷所具有的电势能每单位电荷. 电势的单位是伏特.
电势能的数值不具有绝对意义, 只具有相对意义. 所以, 必须先设定一个电势能为零的参考系统. 当物理系统内的每一个点电荷都互相分开很远(分开距离为无穷远), 都相对静止不动时, 这物理系统通常可以设定为电势能等于零的参考系统. 假设一个物理系统里的每一个点电荷, 从无穷远缓慢地被迁移到其所在位置, 总共所做的机械功为, 则这物理系统的电势能U 为.
W U =
??='
0'0a
a l d E q W
在这过程里, 所涉及的机械功W, 不论是正值或负值, 都是由这物理系统之外的机制赋予, 并且, 缓慢地被迁移的每一个点电荷, 都不会获得任何动能. 如此计算电势能, 并没有考虑到移动的路径, 这是因为电场是保守场, 电势能只跟初始位置与终止位置有关, 与路径无关. 电势
在静电学里, 电势(electric potential)定义为处于电场中某个位置的单位电荷所具有的电势能. 电势又称为电位, 是标量. 其数值不具有绝对意义, 只具有相对意义, 因此为了便于分析问题, 必须设定一个参考位置, 称为零势能点. 通常, 一个明智的选择是将无穷远处的电势设定为零. 那么, 电势可以定义如下：假设检验电荷从无穷远位置, 经过任意路径, 克服电场力, 缓慢地移动到某位置, 则在这位置的电势, 等于因迁移所做的机械功与检验电荷量的比值.
??=='0'0a
a
a l d E q W u
在国际单位制里, 电势的度量单位是伏特(V olt), 是为了纪念意大利物理学家亚历山德罗·伏打(Alessandro V olta)而命名.
点电荷系产生的电场中, 某点的电势是各点电荷单独存在时, 在该点产生的电势的代数和
∑==n
i i a u u 1
?
∞
?=a
a l d E u
电势与电场强度的积分和微分关系式
?
?='
0'a
a l d E u
dl du
E l -
=；???? ????+??+??-=k z u j y u i x
u E
导体的静电平衡
静电平衡是指导体中的自由电荷(通常为带负电荷电的电子)所受到的力达到平衡而不再做定向运动的状态. 处在静电平衡下的导体, 为一个等势体, 其表面为等势面. 导体内部的电场强度处处为零, 导体表面上任意一点场强的方向与表面垂直, 大小与该处的电荷面密度成正比.
n E surface 0
εσ=
电容
在电路学里, 给定电势差, 电容器储存电荷的能力, 称为电容(capacitance), 标记为C. 采用国际单位制, 电容的单位是法拉(farad), 标记为F.
平行板电容器是一种简单的电容器, 是由互相平行、以空间或介电质隔离的两片薄板导体构成. 假设这两片导板分别载有负电荷与正电荷, 所载有的电荷量分别为-Q 、+Q, 两片导板之间的电势差为V , 则这电容器的电容为
V
Q C =
1法拉等于1库仑每伏特, 即电容为1法拉的电容器, 在正常操作范围内, 每增加1伏特的电势差可以多储存1库仑的电荷.
课后习题：
10. 1 (1)(2)(3)(4)(5)； 10. 2 (1)(2)(4)(5)(7)； 建议作业题：
10. 4；10. 8(此题为10. 4的延伸)；10. 13(类似加深难度的有10. 21)；10. 17(可作为填空)；10. 18(类似加深难度的有10. 24)；10. 33(此题为10. 13的延伸)；10. 35(此题为10. 21的延伸)；10. 41；10. 42
10.1 选择题
(1)真空中两平行带电平板相距为d , 面积为S , 且有d 2<
(A)2
204q F d πε= (B)20q F S ε= (C)202q F S ε= (D)2
02q F S ε=
解析：平板电容器由两个彼此靠得很近的平行极板（设为A 和B ）所组成，两极板的面积均为S ，设两极板分别带有q +，q -的电荷，于是每块极板的电荷密度为S
q
=
σ。忽略极板的边缘效应，把两极板间的电场看成是均匀电场，由高斯定理可得两板间场强为
S
q E εεσ==
。 由ε
S qd
Ed Edl U B
A
=
==
?
。再根据U Q C =得到d S C ε=。平板电容器的电容与极板的面积
S 成正比，与极板间的距离d 成反比，电容是否带电无关，只与电容器本身的结构形状有关。 电场强度S
q
E 0ε=
，某电荷产生的电场不会对它自己施以静电力，所以计算一块极板对另一块极板的电力时，电场不是E 。Eq F =
(2)如图所示，闭合曲面S 内有一点电荷q ，P 为S 面上一点，在S 面外A 点有一点q’，若将q’移至B 点，则[C]
(A)穿过S 面的电通量改变，P 点的电场强度改变 (B)穿过S 面的电通量改变，P 点的电场强度不变 (C)穿过S 面的电通量不变，P 点的电场强度改变 (D)穿过S 面的电通量不变，P 点的电场强度不变
(3)下列说法正确的是[B]
(A)电场强度不变的空间，电势必为零 (B)电势不变的空间，电场强度必为零 (C)电场强度为零的地方电势必定为零 (D)电势为零的地方电场强度必定为零 (E)电势越大的地方电场强度必定越大 (F)电势越小的地方电场强度必定越小
(4)如图所示，在带电体A 旁有一不带电的导体壳B ，C 为导体壳空腔内的一点，则下列说法正确的是[B]
(A)带电体A 在C 点产生的电场强度为零
(B)带电体A 与导体壳B 在外表面的感应电荷在C 点所产生的合电场强度为零 (C)带电体A 与导体壳B 在内表面的感应电荷在C 点所产生的合电场强度为零 (D)导体壳B 在内外表面的感应电荷在C 点所产生的合电场强度为零
(5) (6)
10.2 填空题
(1)电量和符号都相同的三个点电荷q 放在等边三角形的顶点上，为了不让它们由于斥力的作用而散开，可在三角形的中心放一符号相反的点电荷q '，则的电量应为
q 33
02
21041r r q q F πε=
(2)边长为a 的正六边形的六个顶点都放有电荷，如图所示。则正六边形中心O 处的电场强度大小为
202a q πε
(3)
(4)一半径为R 的均匀带电圆环，带电量为q (q < 0)，另有两个均带正电荷Q 的点电荷位于环的轴线上，分别在环的两侧，它们到环心的距离都等于环的半径R 。则当此电荷系统处于平衡时，Q ：q =2
()
2
322
41x
R
qx
E +=πε，0q
F E =；
()
()
22
02
322
241
41
R Q R
R
QqR
πεπε=+，即得结果。 (5)如图，无限大平板导体放在电场强度0E 的均匀电场中，导体两侧板面A 、B 均与电场线
垂直，则A 、B 板面上的电荷面密度分别为A σ= ，
B σ= 。00E ε-,00E ε+
(7)两个电容器的电容之比C 1：C 2=1:2，把它们串联起来接电源充电，它们的电场能量只比W 1：W 2= ，如果并联起来接电源充电，则它们的电场能量只比W 1：W 2= 。 2:1；1:2
10.4一长为l 的均匀带电直导线，其电荷线密度为λ。试求导线延长线上距离近端为a 处一点的电场强度。
()2041
x a l dq dE -+=
πε()2041x a l dx
-+=λπε
()()
a l a l
x a l dx
E l
+=
-+=?λπελπε00
2
04141
()
i
a l a l
E +=
λπε041
10.8一长为l 的带电细导体棒，沿x 轴放置，棒的一端在原点。其电荷线密度为λ=A x ，A 为常数。求x 轴坐标为x =l +a 一点的电场强度大小。
()2041
x a l dq dE -+=
πε()204x a l xdx
A -+=πε
()?-+=
l
x a l xdx A
E 0204πε)]1ln([40a
l
a l A +-=πε
10.9半径为R 的细圆环，圆心在Oxy 的原点上，圆环所带电荷的线密度θλcos A =，其中A 为常量，如图所示。求圆心处电场强度的x 、y 分量。
解：取电荷元θθRd A dq ?=cos
θθθπεcos cos 420R Rd A dE x ?-=；R
A
R Rd A dE E x x 0202
04cos cos 4εθθθπεπ-=?-==?? θθ
θπεsin cos 42
0R
Rd A dE y ?-=
；0==?y y dE E
10.13电荷均匀分布在半径为R 的球形空间内，电荷体密度为ρ。试求球内、球外及球面上的电场强度。
根据电荷分布的球对称性，可知电场分布也具有球对称性。以带电球体的球心为球心，作半
径为r 的球形高斯面，由高斯定理0
ε∑?=?ins
S
q S d E 知：
0 ?? 30234 14r r E πρεπ=? 3ερr E = r=R 时：30341R S d E S πρε= ?? 30234 14R R E πρεπ=? 03ερR E = r>R 时：30341R S d E S πρε=?? 302 3414R r E πρεπ=? 2033r R E ερ= 10.17设匀强电场的电场强度E 与半径为R 的半球面的轴平行，则通过半球面的电通量为 =Φe E R 2π 10.18两个同心的均匀带电球面，半径分别为R 1和R 2。带电量分别为＋q 和－q ，用高斯定理求解其电场分布。 高斯定理0 ε∑?=?ins S q S d E 当1R r <时，2 4r E S d E S π?=?? 0=，0=E ； 当21R r R <<时，2 4r E S d E S π?=?? εq = ，2 041 r q E πε= ； 当2R r >时，2 4r E S d E S π?=?? 00 =-=εq q ，0=E 。 10.33一半径为R 的均匀带电球体，其电荷体密度为ρ。求：1、球外任一点的电势；2、球表面上的电势；3、球内任一点的电势。 由高斯定理0 ε∑? = ?ins S q S d E 知： 0 3r R E ερ= 以无穷远为电势零参考点，则 1、球外任一点的电势(r>R ) r R dr r R u r 03 20333ερερ= = ? ∞ 2、球面任一点的电势(r=R ) 02 20 333ερερR dr r R u R = =?∞ 3、球内任一点的电势(r 20 203 03633r R dr r R dr r u R R r -=+= ?? ∞ερερερ 10.35半径为R 的“无限长”圆柱体内均匀带电，电荷体密度为ρ。试求它产生电场的电势分布(选圆柱的轴线为电势的零参考点)。 由高斯定理0 ε∑? = ?ins S q S d E 知： 0 2ερ= 1、圆柱体外任一点的电势(r >R ) r R R R dr r dr r u R r R ln 242202020 0ερερερερ+-=+=?? 2、圆柱体面任一点的电势(r=R ) 02 42ερερR dr r u R - ==? 3、圆柱体内任一点的电势(r 042ερερr dr r u r -== ? 10.41带电量q 的点电荷处在导体球壳的中心，球壳的内、外半径分别为R1和R2.求球壳内、外及壳上任一点的电场强度和电势；并画出E-r 和u-r 曲线。 由高斯定理0 ε∑?=?ins S q S d E 知： (r r q E πε= ; (R 1 )2041r q E πε= (r ??? ∞++= 2211 202041041 πεπε???? ? ?+-=2101114R R r q πε (R 1 r q dr u R R r ? ? ∞ += 2 2 2041 0πε204R q πε= (r>R 2)时dr r q u r ? ∞ = 2041 πεr q 04πε= 10.42半径为R 1的导体球带电量为q ，球外套以内、外半径分别为R2和R3的同心导体球壳， 球壳上带电量为Q 。1、求球和球壳的电势；2、求球和球壳的电势差；3、用导线把球和球壳连接起来，再回答1和2两问；4、若将球壳外面接地，再回答1和2两问。 1、由高斯定理0 ε∑?=?ins S q S d E 知： (r r q E πε= ; (R 2 )2041r Q q E +=πε 导体的电势： dr r Q q dr dr r q dr u R R R R R R r ??? ?∞++++=3322 1 12020141041 0πεπε302104114R Q q R R q πεπε++???? ??-= 导体壳的电势： dr r Q q dr u R R r ? ?∞ ++=33 20241 0πε304R Q q πε+= 2、导体球和球壳间的电势差为 ???? ??-= -21021114R R q u u πε 3、导体球和球壳连接后，电荷全部分布在球壳的外表面，电荷量为Q+q 。 由高斯定理0 ε∑?=?ins S q S d E 知： (r>R 3)2 041 r Q q E += πε; (r 此时，3 02 0214141 3R Q q dr r Q q u u R +=+= =?∞ πεπε，故而021=-u u . 4、导线将球壳的外表面接地，则球壳只有内表面有电量-q 分布。 由高斯定理0 ε∑?=?ins S q S d E 知： (r 041 r q E πε= ; (R 2 ???? ??-=++=?? ?∞21 020******* 022 1 1R R q dr dr r q dr u R R R R r πεπε 002==?∞ dr u r ??? ? ??-= -21021114R R q u u πε 1. 质点沿半径为R 的圆周运动，运动学方程为 2 a bt θ=+ (SI 制)，a 、 b 为常量，则t 时刻法向加速度大小为n a = ，角加速度α= ． 2. 质量为m 的小球，在合外力x k F -=作用下运动，已知t A x ωcos =，其中k ，ω，A 为正的常量，则在0=t 到ω π 2=t 时间内小球动量的增量为 。 3. 一简谐振动用余弦函数表示(SI 制)，其曲线如右图所示，则此简谐振动的三个特征量为A= ，=ω ， 0?= 。 4. 某刚性双原子分子理想气体，处于温度为T 的平衡态，k 为玻耳兹曼常量，R 为摩尔气体常量，则1mol 该理想气体的内能为 。 5. 点电荷1q 、2q 、3q 和4q 在真空中的分布如图所示，图中S 为闭合 曲面,则通过该闭合曲面的电通量??S S d E = ,式中的E 是点 电荷 在闭合曲面上任一点产生的场强的矢量和。 6. 载有恒定电流I 的长直导线旁有一半圆环导线cd ，半圆环半径为b ， 环面与直导线垂直，且半圆环两端点连线的延长线与直导线相交，如图．当半圆环以速度 v 沿平行于直导线的方向平移时，半圆环上的感应电动势的大小是__________________。 1. 某质点作直线运动的运动学方程为x ＝3t -5t 3 + 6 (SI)，则该质点作[ ] (A) 匀加速直线运动，加速度沿x 轴正方向； (B) 匀加速直线运动，加速度沿x 轴负方向； (C) 变加速直线运动，加速度沿x 轴正方向； (D) 变加速直线运动，加速度沿x 轴负方向。 2. 对功的概念有以下几种说法：（1）保守力作正功时，系统内相应的势能增加；（2）质点运动经一闭合路径，保守力对质点作的功为零；（3）作用力和反作用力大小相等、方向相反，所以两者所作功的代数和必为零。下列对上述说法中判断正确的是 （ ） （A ）（1）、（2）是正确的 （B ）（2）、（3）是正确的 （C ）只有（2）是正确的 （D ）只有（3）是正确的 3.处于平衡状态的一瓶氮气和一瓶氦气的分子数密度相同，分子的平均平动动能也相同，则 它们[ ] （A ）温度，压强都相同； （B ）温度相同，但氦气的压强大于氮气的压强； （C ）温度，压强均不相同； （D ）温度相同，但氦气的压强小于氮气的压强。 4. 均匀细棒OA 可绕通过其一端O 而与棒垂直的水平固定光滑轴转动，如 图所示，今使棒从水平位置由静止开始自由下落，在棒摆动到竖直位置的过程中，哪种说法正确 （ ） （A ）角速度从小到大，角加速度从大到小； （B ）角速度从小到大，角加速度从小到大； （C ）角速度从大到小，角加速度从大到小； （D ）角速度从大到小，角加速度从小到大。 5.机械波表达式0.05cos(60.06)y t x ππ=+ (SI 制)，则 （ ） （A ）波长为5m （B ）波速为10 m/s （C ）周期为 1 3 s （D ） 波沿x 轴正方向传播 学院名称： 专业班级： 姓名： 学号： 密 封 线 内 不 得 答 题 线 封 密 ?q 1 ?q 2 ?q 3 ?q 4 S O A I d c a b O 填6 质点动力学答案 一、选择题 1、C 2、C 二、填空题 1、980J 2、9J 三、计算题 1、解：0 02 20 3 2 2 2 02213 624t x t F a t m d tdt t dx t dt x t dx t dt W Fdx t t dt J υ υυ= ===== == = =????? ? 2、解：()2 2 1 5030145W Fdx x x dx J == +=?? 质点运动学答案 一、选择题 1、C 2、C 3、B 4、B 5、B 6、A 7、D 8、C 二、填空题 1、4 2、3m s ;9m s 3、2m;6m 4 /s /s 5、2 39 y x = + 6、 7、s t ?; 02t υ? 8、6.28m; 0; 0; 6.28m/s 9、圆周运动；匀速率圆周运动 10、3.8 11、sin sin R ti R tj ωωωω-+ ；0；半径为R 的圆周 三、计算题 (2)(1)(2)(1)(1.5)(1)(1)00 640, 1.511(2)2642x x x x t dx t dt t s s x x x x m s m s t t s υυυυυ?-=?=?= =-==?=-+-=?=?=? 位移＝＝ 令第二秒内路程平均速率＝ m 时，＝－＝－2s 负号表示速度方向沿平均速度x 轴负向 刚体定轴转动习题答案 一、选择题 1、（A ） 2、（C ）3（C ）4、（A ）5、 (C) 6、 (C) 7、（B ） 8、（A ） 9、（B ） 10、（B ） 二、填空题 1、答：刚体的质量、刚体的质量分布、刚体的转轴的位置。 2、14ml 2 3、 l g 43， l g 23 4、 2ω0 5、 ω ωωω--B A A J ) ( 6、 ML m 23v ．7、 L 76v 8、 02 ωmr J J + 三、计算题 1、解：对水桶和圆柱形辘轳分别用牛顿运动定律和转动定律列方程 mg －T ＝ma ① 1分 TR ＝J β ② 1分 a ＝R β ③ 1分 由此可得 T ＝m (g －a )＝m ?? ??? ???? ? ?-J TR g /2 那么 mg J mR T =??? ? ? ?+2 1 将 J = 2 1MR 2 代入上式，得 m M m M g T 2+= 2分 图2分 2、解：(1) 各物体受力情况如图 图2分 T －mg ＝ma 1分 mg －T '＝m a ' 1分 T ' (3r )－Tr ＝14mr 2β 2分 a ＝r β 1分 a '＝(3r )β 1分 由上述方程组解得： β＝g / (12r )＝16.33 rad 2s -2 2分 3、解：以小球为研究对象，由转动定律βJ M =得： 水平位置时： l g ml mgl = =00 2 ββ 5分 杆与水平方向夹角为60°时： ' a ' m ′g 期末练习一 一、选择题 、关于库仑定律，下列说法正确的是（ ） ．库仑定律适用于点电荷，点电荷其实就是体积很小的球体； ．根据2021π4r q q F ε=，当两电荷间的距离趋于零时，电场力将趋向无穷大； ．若点电荷1q 的电荷量大于2q 的电荷量，则1q 对2q 的电场力大于2q 对1q 的电场力； ．库仑定律和万有引力定律的表达式相似，都是平方反比律。 、点电荷Q 被曲面S 所包围，从无穷远处引入另一点电荷q 至曲面外一点，如图，则引入前后（ ） ．曲面S 的电场强度通量不变，曲面上各点场强不变； ．曲面S 的电场强度通量变化，曲面上各点场强不变； ．曲面S 的电场强度通量变化，曲面上各点场强变化； ．曲面S 的电场强度通量不变，曲面上各点场强变化； 、如图所示，真空中有一电量为 Q 的点电荷，在与它相距为r 的A 点处有一检验电荷 q ，现使检验电荷 q 从A 点沿半圆弧轨道运动到B 点，则电场力做功为（ ） ．0； ．r r Qq 2π420?ε； ．r r Qq ππ420?ε； ．2ππ42 20r r Qq ?ε。 、已知厚度为d 的无限大带电导体板，两表面上电荷均匀分布，电荷面密度均为σ，如图所示。则板外两侧电场强度的大小为（ ） ．02εσ=E ； ．0 2εσ=E ； ．0 εσ= E ； ．0=E 。 、将平行板电容器的两极板接上电源，以维持其间电压不变，用相对介电常数为r ε的均匀电介质填满板间，则下列说法正确的是（ ） ．极板间电场强度增大为原来的r ε倍； ．极板上的电量不变； ．电容增大为原来的r ε倍； ．以上说法均不正确。 、两个截面不同的铜杆串联在一起，两端加上电压为U ，设通过细杆和粗杆的电流、电流密度大小、杆内的电场强度大小分别为1I 、1j 、1E 与2I 、2j 、2E ，则（ ） ．21I I =、21j j >、21E E >； ．21I I =、21j j <、21E E <； ．21I I <、21j j >、21E E > ； ．21I I <、21j j <、21E E < 。 、如图所示，A A '、B B '为两个正交的圆形线圈，A A '的半径为R ，通电流为I ，B B '的半径为R 2，通电流为I 2，两线圈的公共中心O 点的磁感应强度大小为（ ） ．R I B 20μ=； ．R I B 0μ=； ．R I B 220μ= ； ．0=B 。 、如图所示，M 、N 为水平面内两根平行金属导轨，ab 与cd 为垂直于导轨并可在其上自由滑动的两根直裸导线，外磁场垂直于水平面向上，当外力使ab 向右平移时，cd 将（ ）。．不动； ．转动； ．向左移动； ．向右移动。 、E 和W E 分别表示静电场和感生电场的电场强度，下列关系式中正确的是（ ） ．0d =??L l E 、0d =??L W l E ； ．0d ≠??L l E 、0d ≠??L W l E ； ．0d =??L l E 、0d ≠??L W l E ； ．0d ≠??L l E 、0d =??L W l E 。 大学物理2期末考试复习，试卷原题与答案 习题1：宇宙飞船相对于地面以速度υ作匀速直线飞行，某一时刻飞船头部的宇航员向飞船 尾部发出一个光讯号，经过t ?(飞船上的钟)时间后，被尾部的接收器收到，则由此可知飞 船的固有长度为 (c 表示真空中光速) (A) t c ?? (B) t ??υ (C) 2 ) /v (1c t c -?? (D) 2 )/v (1c t c -??? 答案：A 习题2：有下列几种说法： (1) 所有惯性系对物理基本规律都是等价的． (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相同． 若问其中哪些说法是正确的, 答案是 (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． 答案：D 习题3：在某地发生两件事，静止位于该地的甲测得时间间隔为s 4，若相对于甲作匀速直 线运动的乙测得时间间隔为s 5，则乙相对于甲的运动速度是(c 表示真空中光速) (A) ()c 5/4． (B) ()c 5/3． (C) ()c 5/2． (D) ()c 5/1． 答案： B 2 20 1c u -= ττ ? c c u 5354112 2 0=??? ??-=??? ??-=ττ 习题4：狭义相对论的两条基本原理中，相对性原理说的是 ______________； 光速不变原理说的是_________________． 答案：一切惯性系中，真空中的光速都是相等的。 一切彼此相对作匀速直线运动的惯性系对于物理学定律都是等价的。 习题5： +π介子是不稳定的粒子，在它自己的参照系中测得平均寿命是s 8106.2-?， 如果它相对于实验室以 c 8.0 (c 为真空中光速)的速率运动，那么实验室坐标系中测得的 +π介子的寿命________s . 答案： 4.33×10- 8 3分 2 20 1c u -= ττ ? ()s c c 82 2 8 1033.48.01106.2--?=- ?=τ 习题6：一艘宇宙飞船的船身固有长度为m L 900=，相对于地面以c 8.0=υ ( c 为真空中光速)的匀速度在地面观测站的上空飞过． (1) 观测站测得飞船的船身通过观测站的时间间隔是多少？ (2) 宇航员测得船身通过观测站的时间间隔是多少？ 解：(1) 观测站测得飞船船身的长度为 m c L L 54)/(120=-=v 则 s L t 7 1 1025.2/-?==?υ 3分 (2) 宇航员测得飞船船身的长度为 0L ，则 s L t 7021075.3/-?==?υ 2分 习题7：假定在实验室中测得静止在实验室中的+ μ子(不稳定的粒子)的寿命为 s 6102.2-?，而当它相对于实验室运动时实验室中测得它的寿命为 s 5 1063.1-?．试问：这两个测量结果符合相对论的什么结论？+ μ子相对于实验室 的速度是真空中光速c 的多少倍？ 解：它符合相对论的时间膨胀(或运动时钟变慢)的结论 2分 设+ μ子相对于实验室的速度为υ + μ子的固有寿命s 60 102.2-?=τ +μ子相对实验室作匀速运动时的寿命s 51063.1-?=τ 1．一质点沿半径为R的圆周作匀速率运动，每t时间转一圈，在2t时间间隔内，其平均速度大小和平均速率大小分别为（） （A）（B）（C）（D） 2．一飞轮半径为2米，其角量运动方程为，则距轴心1米处的点在2秒末的速率和切向加速度为（） （A）（B）（C）（D） 3．一人以速率=5m/s骑自行车向北行驶，人测得风以相同的速率从西偏北方向吹来，则风的实际风速是（ ） （A）方向西偏南 （B）方向东偏北 （C）方向西偏南 （D）方向东偏北 4．一质量为m的质点在xoy平面上运动，其位置矢量为，则质点 在到时间内所受合力的冲 量为（） （A）（B）（C）（D） 5．木棒可绕固定的水平光滑轴在竖直平面内转动，木棒静止在竖直位置，一子弹垂直于棒射入棒内，使棒与子弹共同上摆。在子弹 射入木棒的过程中，棒与子弹组成的系统的机械能、动量、角动 量分别（） （A）不守恒、不守恒、守恒（B）不守恒、守恒、守恒（C）守恒、守恒、守恒 （D）无法确定 6．对驻波有下面几种说法：(1)相邻波节间的质点振动相位相同； (2)相邻波腹间的质点振动位相相同；(3)任一波节两侧的质点振 动相位相反；(4)相邻波腹和相邻波节间的距离都是。在上述方法 中： ( ) （A）(1)(2)(3)(4)都对（B）(1)(3)(4)对（C）(2) (3)对（D）(1) (4)对 7．两种气体自由度数目不同，温度相同，摩尔数相同，下面哪 种叙述正确： ( ) （A）平均平动动能、平均动能、内能都相同；（B）平均平动动能、平均动能、内能都不同； （C）平均平动动能相同，平均动能、内能都不同；（D）平均平动动能、平均动能不同，内能相同。 8．一瓶氖气和一瓶氮气密度相同，分子平均平动动能相同，且它 们都处于平衡状态，则它们( ) （A）温度相同，压强相同；（B）温度、压强都不同； （C）温度相同，但>（D）温度相同，但> 9．关于狭义相对论的时空观，有下面几种说法：(1)在同一惯性系 中同时同地发生的事件，在其它任意惯性系也是同时同地发生 的，(2)在某个惯性系中同时但不同地发生的事情，在其它惯性 系一定是不同时的；(3)时空是绝对的；在上述说法中： ( ) （A）(1)(2)对 （B）只有(1)对 （C）只有(2)对（D）只有(3)对 10．理想气体体积为 V ，压强为 p ，温度为 T ,一个分子的质量为m ，k 为玻尔兹曼常量，R 为摩尔气体常量，则该理想气体的分 子数为（ ） （A） （B） （C） （D） 二、 1．一质点沿ox轴运动，坐标与时间的变化关系为，则该质点是 （1）。（①变速直线运动，②匀速直线运动） 2．一质量为m的小球以与地的仰角θ=600的初速度从地面抛出,若 忽略空气阻力，则质点落地时相对于抛出点的动量增量大小 为 （2） ，方向为（3）。 3．对于任意保守力，则（4）。 4． 狭义相对论的两条基本原理是相对性原理和（5）。 5．室内生起炉子后，温度从150C上升到270C，设升温过程中，室 大学物理学习题答案 习题一答案 习题一 1.1 简要回答下列问题： (1) 位移和路程有何区别？在什么情况下二者的量值相等？在什么情况下二者的量值不相 等？ (2) 平均速度和平均速率有何区别？在什么情况下二者的量值相等？ (3) 瞬时速度和平均速度的关系和区别是什么？瞬时速率和平均速率的关系和区别又是什 么？ (4) 质点的位矢方向不变，它是否一定做直线运动？质点做直线运动，其位矢的方向是否一 定保持不变？ (5) r ?和r ?有区别吗？v ?和v ?有区别吗？ 0dv dt =和0d v dt =各代表什么运动？ (6) 设质点的运动方程为：()x x t =，()y y t =，在计算质点的速度和加速度时，有人先求 出22r x y = + dr v dt = 及 22d r a dt = 而求得结果；又有人先计算速度和加速度的分量，再合成求得结果，即 v = 及 a =你认为两种方法哪一种正确？两者区别何在？ (7) 如果一质点的加速度与时间的关系是线性的，那么，该质点的速度和位矢与时间的关系是否也是线性的？ (8) “物体做曲线运动时，速度方向一定在运动轨道的切线方向，法向分速度恒为零，因此 其法向加速度也一定为零.”这种说法正确吗？ (9) 任意平面曲线运动的加速度的方向总指向曲线凹进那一侧，为什么？ (10) 质点沿圆周运动，且速率随时间均匀增大，n a 、t a 、a 三者的大小是否随时间改变？ (11) 一个人在以恒定速度运动的火车上竖直向上抛出一石子，此石子能否落回他的手中？如果石子抛出后，火车以恒定加速度前进，结果又如何？ 1.2 一质点沿x 轴运动，坐标与时间的变化关系为224t t x -=，式中t x ,分别以m 、s 为单位，试计算：(1)在最初s 2内的位移、平均速度和s 2末的瞬时速度；(2)s 1末到s 3末的平均 1 大学物理期末考试试卷 一、填空题（每空2分，共20分） 1.两列简谐波发生干涉的条件是 ， ， 。 2．做功只与始末位置有关的力称为 。 3．角动量守恒的条件是物体所受的 等于零。 4．两个同振动方向、同频率、振幅均为A 的简谐振动合成后振幅仍为A ，则两简谐振动的相位差为 。 5．波动方程 ??? ?? -=c x t A y ωcos 当x=常数时的物理意义是 。 6．气体分子的最可几速率的物理意义 是 。 7．三个容器中装有同种理想气体，分子数密度相同，方均根速率之比为 4:2:1)(:)(:)(2 /122/122/12=C B A v v v ，则压强之比=C B A P P P :: 。 8．两个相同的刚性容器，一个盛有氧气，一个盛氦气（均视为刚性分子理想气体）。开 始他们的压强和温度都相同，现将3J 的热量传给氦气，使之升高一定的温度。若使氧气也升 高同样的温度，则应向氧气传递的热量为 J 。 二、选择题（本大题共10小题，每小题3分，共30分） 1. 一个质点作圆周运动时，则有（ ） A. 切向加速度一定改变，法向加速度也改变。 B. 切向加速度可能不变，法向加速度一定改变。 C. 切向加速度可能不变，法向加速度改变。 D. 切向加速度一定改变，法向加速度不变。 2. 一个物体沿固定圆弧光滑轨道由静止下滑，在下滑过程中( ) A. 它的加速度方向永远指出圆心,其速率保持不变. B. 它受到的轨道的作用力的大小不断增加. C. 它受到的合外力的大小变化,方向永远指向圆心. D. 它受到的合外力的大小不变,其速率不断增加. 3. 一质量为m,长度为L 的匀质细杆对过杆中点且垂直的轴的转动惯量为( ) A. 2 21mL B. 23 1mL C. 241mL D. 2121mL 4.物体A 的质量是B 的2倍且静止,物体B 以一定的动能E 与A 碰撞后粘在一块并以共 同的速度运动, 碰撞后两物体的总动能为( ) A. E B. E/2 C. E/3 D. 2E/3 5.一质量为0.02kg 的弹簧振子, 振幅为0.12m, 周期为2s,此振动系统的机械能为 ( ) A. 0.00014J 6. 有两个倾角不同、高度相同、质量一样的斜面放在光滑的水平面上，斜面是光滑的，有两个一样的物块分别从这两个斜面的顶点由静止开始下滑，则（ ） A ．物块到达斜面底端时的动量相等。 B ．物块到达斜面底端时的动能相等。 C ．物块和斜面组成的系统，机械能不守恒。 D ．物块和斜面组成的系统水平方向上动量守恒。 7. 假设卫星环绕地球作椭圆运动，则在运动过程中，卫星对地球中心的（ ） A ．角动量守恒，动能守恒。 B ．角动量守恒，机械能守恒。 C ．角动量不守恒，机械能守恒。 D ．角动量不守恒，动量也不守恒。 8.把理想气体的状态方程写成=T PV 恒量时，下列说法中正确的是 ( ) A. 对一定质量的某种气体，在不同状态下，此恒量不等， B. 对摩尔数相同的不同气体，此恒量相等， C. 对不同质量的同种气体，此恒量相等， D. 以上说法都不对。 例1：1 mol 氦气经如图所示的循环，其中p 2= 2 p 1，V 4= 2 V 1，求在1~2、2~3、3~4、4~1等过程中气体与环境的热量交换以及循环效率（可将氦气视为理想气体）。O p V V 1 V 4 p 1p 2解：p 2= 2 p 1 V 2= V 11234T 2= 2 T 1p 3= 2 p 1V 3= 2 V 1T 3= 4 T 1p 4= p 1V 4= 2 V 1 T 4= 2 T 1 （1）O p V V 1 V 4 p 1p 21234)(1212T T C M m Q V -=1→2 为等体过程， 2→3 为等压过程， )(2323T T C M m Q p -=1 1123)2(23RT T T R =-=1 115)24(2 5RT T T R =-=3→4 为等体过程， )(3434T T C M m Q V -=1 113)42(2 3 RT T T R -=-=4→1 为等压过程， )(4141T T C M m Q p -=1 112 5)2(25RT T T R -=-= O p V V 1 V 4 p 1p 21234（2）经历一个循环，系统吸收的总热量 23121Q Q Q +=1 112 13 523RT RT RT =+=系统放出的总热量1 41342211 RT Q Q Q =+=% 1.1513 2 112≈=-=Q Q η三、卡诺循环 A → B ：等温膨胀B → C ：绝热膨胀C → D ：等温压缩D →A ：绝热压缩 ab 为等温膨胀过程：0ln 1>=a b ab V V RT M m Q bc 为绝热膨胀过程：0=bc Q cd 为等温压缩过程：0ln 1<= c d cd V V RT M m Q da 为绝热压缩过程：0 =da Q p V O a b c d V a V d V b V c T 1T 2 a b ab V V RT M m Q Q ln 11= =d c c d V V RT M m Q Q ln 12= =, 卡诺热机的循环效率： p V O a b c d V a V d V b V c ) )(1 212a b d c V V V V T T Q Q (ln ln 11-=- =ηT 1T 2 bc 、ab 过程均为绝热过程，由绝热方程： 11--=γγc c b b V T V T 1 1--=γγd d a a V T V T (T b = T 1, T c = T 2)(T a = T 1, T d = T 2) d c a b V V V V =1 212T T Q Q -=- =11η p V O a b c d V a V d V b V c T 1T 2 卡诺制冷机的制冷系数： 1 2 1212))(T T V V V V T T Q Q a b d c ==(ln ln 2 122122T T T Q Q Q A Q -= -== 卡ω 第一章 质点运动学 1 -1 质点作曲线运动,在时刻t 质点的位矢为r ,速度为v ,速率为v ,t 至(t ＋Δt )时间内的位移为Δr , 路程为Δs , 位矢大小的变化量为Δr ( 或称Δ｜r ｜),平均速度为v ,平均速率为v ． (1) 根据上述情况,则必有( ) (A) ｜Δr ｜= Δs = Δr (B) ｜Δr ｜≠ Δs ≠ Δr ,当Δt →0 时有｜d r ｜= d s ≠ d r (C) ｜Δr ｜≠ Δr ≠ Δs ,当Δt →0 时有｜d r ｜= d r ≠ d s (D) ｜Δr ｜≠ Δs ≠ Δr ,当Δt →0 时有｜d r ｜= d r = d s (2) 根据上述情况,则必有( ) (A) ｜v ｜= v ,｜v ｜= v (B) ｜v ｜≠v ,｜v ｜≠ v (C) ｜v ｜= v ,｜v ｜≠ v (D) ｜v ｜≠v ,｜v ｜= v 分析与解 (1) 质点在t 至(t ＋Δt )时间内沿曲线从P 点运动到P′点,各量关系如图所示, 其中路程Δs ＝PP′, 位移大小｜Δr ｜＝PP ′,而Δr ＝｜r ｜-｜r ｜表示质点位矢大小的变化量,三个量的物理含义不同,在曲线运动中大小也不相等(注：在直线运动中有相等的可能)．但当Δt →0 时,点P ′无限趋近P 点,则有｜d r ｜＝d s ,但却不等于d r ．故选(B)． (2) 由于｜Δr ｜≠Δs ,故 t s t ΔΔΔΔ≠ r ,即｜v ｜≠v ． 但由于｜d r ｜＝d s ,故 t s t d d d d =r ,即｜v ｜＝v ．由此可见,应选(C)． 1 -2 一运动质点在某瞬时位于位矢r (x,y )的端点处,对其速度的大小有四种意见,即 (1)t r d d ； (2)t d d r ； (3)t s d d ； (4)2 2d d d d ?? ? ??+??? ??t y t x ． 下述判断正确的是( ) (A) 只有(1)(2)正确 (B) 只有(2)正确 1某质点的运动学方程x=6+3t-5t 3，则该质点作 （ D ） （A ）匀加速直线运动，加速度为正值 （B ）匀加速直线运动，加速度为负值 （C ）变加速直线运动，加速度为正值 （D ）变加速直线运动，加速度为负值 2一作直线运动的物体，其速度x v 与时间t 的关系曲线如图示。设21t t →时间内合力作功为A 1，32t t →时间内合力作功为A 2，43t t → ，则下述正确都为（C ） （A ）01?A ，02?A ，03?A （B ）01?A ，02?A ， 03?A （C ）01=A ，02?A ，03?A （D ）01=A ，02?A ，03?A 3 关于静摩擦力作功，指出下述正确者（ C ） （A ）物体相互作用时，在任何情况下，每个静摩擦力都不作功。 （B ）受静摩擦力作用的物体必定静止。 （C ）彼此以静摩擦力作用的两个物体处于相对静止状态，所以两个静摩擦力作功之和等于零。 4 质点沿半径为R 的圆周作匀速率运动，经过时间T 转动一圈，那么在2T 的时间内，其平均速度的大小和平均速率分别为（B ） （A ） ， （B ） 0， （C ）0， 0 （D ）T R π2， 0 5、质点在恒力F 作用下由静止开始作直线运动。已知在时间1t ?内，速率由0增加到υ； 在2t ?内，由υ增加到υ2。设该力在1t ?内，冲量大小为1I ，所作的功为1A ；在2t ?内，冲量大小为2I ，所作的功为2A ，则（ D ） A ．2121;I I A A <= B. 2121;I I A A >= C. 2121;I I A A => D. 2121;I I A A =< 6如图示两个质量分别为B A m m 和的物体A 和B 一起在水平面上沿x 轴正向作匀减速直线运动，加速度大小为a ，A 与B 间的最大静摩擦系数为μ，则A 作用于B 的静摩擦力F 的大小和方向分别为（D ） 轴正向相反与、轴正向相同 与、轴正向相同 与、轴正向相反 与、x a m D x a m x g m x g m B B B B ,,C ,B ,A μμT R π2T R π2T R π2t 一、选择题（共10小题，每小题3分，共30分） 1、（本题3分） 质量为m ＝0.5 kg 的质点，在Oxy 坐标平面内运动，其运动方程为 x ＝5t ，y =0.5t 2（SI ），从t =2 s 到t =4 s 这段时间内，外力对质点作的功为 (A) 1.5 J ． (B) 3 J ． (C) 4.5 J ． (D) -1.5 J ． ［ ］ 2、（本题3分） 速率分布函数f (v )的物理意义为： (A) 具有速率v 的分子占总分子数的百分比． (B) 速率分布在v 附近的单位速率间隔中的分子数占总分子数的百分比． (C) 具有速率v 的分子数． (D) 速率分布在v 附近的单位速率间隔中的分子数． ［ ］ 3、（本题3分） 一绝热容器被隔板分成两半，一半是真空，另一半是理想气体．若把隔板抽出，气体将进行自由膨胀，达到平衡后 (A) 温度不变，熵增加． (B) 温度升高，熵增加． (C) 温度降低，熵增加． (D) 温度不变，熵不变． ［ ］ 4、（本题3分） 根据热力学第二定律可知： (A) 功可以全部转换为热，但热不能全部转换为功． (B) 热可以从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体． (C) 不可逆过程就是不能向相反方向进行的过程． (D) 一切宏观的自发过程都是不可逆的． ［ ］ 5、（本题3分） 一平面余弦波在t = 0时刻的波形曲线如图所示，则O 点的振动初相位? 为： (A) 0． (B) π2 1． (C) π ． (D) π23（或π-2 1）． [ ］ 6、（本题3分） 一平面简谐波在弹性媒质中传播，在某一瞬时，媒质中某质元正处于平衡位置，此时它的能量是 (A) 动能为零，势能最大．(B) 动能为零，势能为零． (C) 动能最大，势能最大．(D) 动能最大，势能为零．［］ 7、（本题3分） 一机车汽笛频率为750 Hz，机车以时速90公里远离静止的观察者．观察者听到的声音的频率是（设空气中声速为340 m/s） (A) 810 Hz．(B) 699 Hz． (C) 805 Hz．(D) 695 Hz．［］ 8、（本题3分） 在双缝干涉实验中，入射光的波长为λ，用玻璃片遮住双缝中的一个缝，若玻璃片中光程比相同厚度的空气的光程大2.5 λ，则屏上原来的明纹处 (A) 仍为明条纹．(B) 变为暗条纹． (C) 既非明纹也非暗纹．(D) 无法确定是明纹，还是暗纹．［］ 9、（本题3分） 斯特角i0，则在界面2的反射光 (A) 是自然光． (B) 是线偏振光且光矢量的振动方向垂直于入射面． (C) 是线偏振光且光矢量的振动方向平行于入射面． (D) 是部分偏振光．［］ 10、（本题3分） 一束光是自然光和线偏振光的混合光，让它垂直通过一偏振片．若以此入射光束为轴旋转偏振片，测得透射光强度最大值是最小值的5倍，那么入射光束中自然光与线偏振光的光强比值为 (A) 1 / 2．(B) 1 / 3． (C) 1 / 4．(D) 1 / 5．［］ 复旦大学信息科学与工程学院 《大学物理（上）》期末考试试卷 B 卷 共 8页 课程代码：PHYS120001.12, 考试形式： 开卷 √ 闭卷 2010年 1月 （本试卷答卷时间为120分钟，答案必须写在试卷上，做在草稿纸上无效） 专业 学号 姓名 成绩 三、计算题 题 号 一、选择题 二、填空题 21 22 23 24 总 分 得 分 阅卷人 （ 装 订 线 内 不 要 答 题 ） 一、选择题（每题3分，共30分，单选） 1. 如图，劲度系数为k 的轻弹簧在质量为m 的木块和外力 （未画出）作用下，处于被压缩的状态，其压缩量为x ．当撤去外力后弹簧被释放，木块沿光滑斜面弹出，最后落到地面上． (A) 在此过程中，木块的动能与弹性势能之和守恒． (B) 木块到达最高点时，高度h 满足 mgh kx =221. (C) 木块落地时的速度v 满足 222 1 21v m mgH kx =+. (D) 木块落地点的水平距离随θ 的不同而异，θ 愈大，落地点愈远． ［ ］ 2. 如图所示，A 、B 为两个相同的绕着轻绳的定滑轮．A 滑 轮挂一质量为M 的物体，B 滑轮受拉力F ，而且F ＝Mg ．设A 、B 两滑轮的角加速度分别为αA 和αB ，不计滑轮轴的摩擦，则有 (A) αA ＝αB ． (B) αA ＞αB ． (C) αA ＜αB ． (D) 开始时αA ＝αB ，以后αA ＜αB ． ［ ］ 3. 一定量理想气体经历的循环过程用V －T 曲线表示如图．在此循环过程中，气体从外界吸热的过程是 (A) A →B ． (B) B →C ． (C) C →A ． (D) B →C 和B →C ． ［ ］ 4. 气缸中有一定量的氦气(视为理想气体)，经过绝热压缩，体积变为原来的一半，则 气体分子的平均速率变为原来的 (A) 24/5倍． (B) 22/3倍． (C) 22/5倍． (D) 21/3倍． ［ ］ 5. 图示为一具有球对称性分布的静电场的E ~r 关系曲线．请指出该静电场是由下列哪种带电体产生的． (A) 半径为R 的均匀带电球面． (B) 半径为R 的均匀带电球体． E (C) 半径为R 、电荷体密度ρ＝Ar (A 为常 数）的非均匀带电球体． (D) 半径为R 、电荷体密度ρ＝A/r (A 为常数)的非 均匀带电球体． ［ ］ 6. 充了电的平行板电容器两极板(看作很大的平板)间的静电作用力F 与两极板间的 电压U 的关系是： (A) F ∝U ． (B) F ∝1/U ． (C) F ∝1/U 2． (D) F ∝U 2． ［ ］ 7. 如图所示，一厚度为d 的“无限大”均匀带电导体板，电 荷面密度为σ ，则板的两侧离板面距离均为h 的两点a 、b 之间的电势差为： (A) 0． (B) 2εσ ． (C) 0εσh ． (D) 0 2εσh ． ［ ］ 8. 设有一个带正电的导体球壳．当球壳内充满电介质、球壳外是真空时，球壳外一 点的场强大小和电势用E 1，U 1表示；而球壳内、外均为真空时，壳外一点的场强大小和电势用E 2，U 2表示，则两种情况下壳外同一点处的场强大小和电势大小的关系为 (A) E 1 = E 2，U 1 = U 2． (B) E 1 = E 2，U 1 > U 2． (C) E 1 > E 2，U 1 > U 2． (D) E 1 < E 2，U 1 < U 2． ［ ］ 第七章 静电场中的导体和电介质 一、选择题 1. （★★）一个不带电的空腔导体球壳，内半径为R 。在腔内离球心的 距离为a 处（a 《大学物理（下）》期末考试（A 卷） 一、选择题(共27分) 1. (本题3分) 距一根载有电流为3×104 A 的电线1 m 处的磁感强度的大小为 (A) 3×10-5 T ． (B) 6×10-3 T ． (C) 1.9×10-2T ． (D) 0.6 T ． (已知真空的磁导率μ0 =4π×10-7 T ·m/A) ［ ］ 2. (本题3分) 一电子以速度v 垂直地进入磁感强度为B 的均匀磁场中，此电子在磁场中运动轨道所围的面积内的磁通量将 (A) 正比于B ，反比于v 2． (B) 反比于B ，正比于v 2． (C) 正比于B ，反比于v ． (D) 反比于B ，反比于v ． ［ ］ 3. (本题3分) 有一矩形线圈AOCD ，通以如图示方向的电流I ，将它置于均匀磁场B 中，B 的方向与x 轴正方向一致，线圈平面与x 轴之间的夹角为α，α < 90°．若AO 边在y 轴上，且线圈可绕y 轴自由转动，则线圈将 (A) 转动使α 角减小． (B) 转动使α角增大． (C) 不会发生转动． (D) 如何转动尚不能判定． ［ ］ 4. (本题3分) 如图所示，M 、N 为水平面内两根平行金属导轨，ab 与cd 为垂直于导轨并可在其上自由滑动的两根直裸导线．外磁场垂直水平面向上．当外力使 ab 向右平移时，cd (A) 不动． (B) 转动． (C) 向左移动． (D) 向右移动．［ ］ 5. (本题3分) 如图，长度为l 的直导线ab 在均匀磁场B 中以速度v 移动，直导线ab 中的电动势为 (A) Bl v ． (B) Bl v sin α． (C) Bl v cos α． (D) 0． ［ ］ 6. (本题3分) 已知一螺绕环的自感系数为L ．若将该螺绕环锯成两个半环式的螺线管，则两个半环螺线管的自感系数 c a b d N M B 一、 选择题（单选题，每小题3分，共30分） 1. 一点电荷，放在球形高斯面的中心处．下列哪一种情况，通过高斯面 的电场强度通量发生变化： (A) 将另一点电荷放在高斯面外． (B) 将另一点电荷放进高斯面内． (C) 将球心处的点电荷移开，但仍在高斯面内． (D) 将高斯面半径缩小． ［ ］ 2. 充了电的平行板电容器两极板(看作很大的平板)间的静电作用力F 与两极板间的电压U 的关系是： (A) F ∝U ． (B) F ∝1/U ． (C) F ∝1/U 2． (D) F ∝U 2． ［ ］ 3. 一导体球外充满相对介电常量为εr 的均匀电介质，若测得导体表面 附近场强为E ，则导体球面上的自由电荷面密度σ为 (A) ε 0 E ． (B) ε 0 ε r E ． (C) ε r E ． (D) (ε 0 ε r - ε 0)E ． ［ ］ 4. 如图，在一圆形电流I 所在的平面内，选取一个同心圆形闭合回路L ，则由安培环路定里 (A) B = 0． (B) B ≠0． (C) B ≠0． (D) B =常量． ［ ］ 5. 一载有电流I 的细导线分别均匀密绕在半径为R 和r 的长直圆筒上 形成两个螺线管，两螺线管单位长度上的匝数相等．设R = 2r ，则两螺线管中 的磁感强度大小B R 和B r 应满足： (A) B R = 2 B r ． (B) B R = B r ． (C) 2B R = B r ． (D) B R = 4 B r ． ［ ］ 6. 在圆柱形空间内有一磁感强度为 B 的均匀磁场，如图所示． B 的大小以速率d B /d t 变化．在 磁场中有A 、B 两点，其间可放直导线AB 和弯曲的导线AB ，则 (A) 电动势只在AB 导线中产生． (B) 电动势只在AB 导线中产生 (C) 电动势在AB 和AB 中都产生，且两者大小相等． (D) AB 导线中的电动势小于AB 导线中的电动势． ［ ］ 7. 用频率为ν1的单色光照射某种金属时，测得饱和电流为I 1，以频率 为ν2的单色光照射该金属时，测得饱和电流为I 2，若I 1> I 2，则 (A) ν1 >ν2． (B) ν1 <ν2． (C) ν1 =ν2． (D) ν1与ν2的关系还不能确定． ［ ］ 8. 关于不确定关系 ≥??x p x ( )2/(π=h ，有以下几种理解： (1) 粒子的动量不可能确定． (2) 粒子的坐标不可能确定． (3) 粒子的动量和坐标不可能同时准确地确定． (4) 不确定关系不仅适用于电子和光子，也适用于其它粒子． 其中正确的是： (A) (1)，(2). (B) (2)，(4). (C) (3)，(4). (D) (4)，(1). ［ ］ 9. 直接证实了电子自旋存在的最早的实验之一是 (A) 康普顿实验． (B) 卢瑟福实验． (C) 戴维孙－革末实验． (D) 斯特恩－革拉赫实验． ［ ］ 10. 有下列四组量子数： (1) n = 3，l = 2，m l = 0， (2) n = 3，l = 3，m l = 1， (3) n = 3，l = 1，m l = -1 (4) n = 3，l = 0，m l = 0， 其中可以描述原子中电子状态的 (A) 只有(1)和(3)． (B) 只有(2)和(4)． (C) 只有(1)、(3)和(4)． (D) 只有(2)、(3)和(4)． ［ ］ 二、 填空题（共30分） 1.（本题3分） 一半径为R 的均匀带电圆环，电荷线密度为λ． 设无穷远处为电势零点，则圆环中心O 点 第三军医大学2011-2012学年二学期 课程考试试卷答案(C 卷) 课程名称：大学物理 考试时间：120分钟 年级：xxx 级 专业： xxx 答案部分，（卷面共有26题，100分,各大题标有题量和总分） 一、选择题（每题2分，共20分，共10小题） 1．C 2．C 3．C 4．D 5．B 6．C 7．D 8．C 9．A 10．B 二、填空题（每题2分，共20分，共10小题） 1．m k d 2 2．20kx ；2021 kx -；2021kx 3．一个均匀带电的球壳产生的电场 4．θ cos mg ． 5．θcot g ． 6．2s rad 8.0-?=β 1s rad 8.0-?=ω 2s m 51.0-?='a 7．GMR m 8．v v v v ≠=? ?, 9．1P 和2P 两点的位置．10．j i ??22+- 三、计算题（每题10分，共60分，共6小题） 1． (a) m /s;kg 56.111.0?+-j i ρρ (b) N 31222j i ρρ+- . 2． (a) Yes, there is no torque; (b) 202202/])([mu mbu C C ++ 3．(a)m/s 14 (b) 1470 N 4．解 设该圆柱面的横截面的半径为R ，借助于无限长均匀带电直线在距离r 处的场强公式，即r E 0π2ελ=，可推出带电圆柱面上宽度为θd d R l =的无限长均匀带电直线在圆柱 2 轴线上任意点产生的场强为 =E ρd r 0π2ε λ-0R ρ=000π2d cos R R R ρεθθσ- =θθθεθσ)d sin (cos π2cos 0 0j i ρρ+-. 式中用到宽度为dl 的无限长均匀带电直线的电荷线密度θθσσλd cos d 0R l ==，0R ρ为从 原点O 点到无限长带电直线垂直距离方向上的单位矢量，i ρ，j ρ为X ,Y 方向的单位矢量。 因此，圆柱轴线Z 上的总场强为柱面上所有带电直线产生E ρd 的矢量和，即 ??+-==Q j i E E πθθθεθσ2000)d sin (cos π2cos d ρρρρ=i 002εσ- 方向沿X 轴负方向 5．解 设邮件在隧道P 点，如图所示，其在距离地心为r 处所受到的万有引力为 23π34r m r G f ??-=ρ r m G )π34 (ρ-= 式中的负号表示f ρ与r ρ的方向相反，m 为邮件的质量。根据牛顿运动定律，得 22d )π34(dt r m r m G =-ρ大学物理期末考试A卷
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