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1、物理學(xué)教程(二)下冊(cè)答案9—16章馬文蔚高教版第九章 靜 電 場(chǎng)9-1 電荷面密度均為+σ的兩塊“無(wú)限大”均勻帶電的平行平板如圖(A)放置,其周圍空間各點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度E(設(shè)電場(chǎng)強(qiáng)度方向向右為正、向左為負(fù))隨位置坐標(biāo)x變化的關(guān)系曲線為圖(B)中的( )題9-1圖分析與解 “無(wú)限大”均勻帶電平板激發(fā)的電場(chǎng)強(qiáng)度為,方向沿帶電平板法向向外,依照電場(chǎng)疊加原理可以求得各區(qū)域電場(chǎng)強(qiáng)度的大小和方向.因而正確答案為(B).9-2 下列說(shuō)法正確的是( )(A)閉合曲面上各點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度都為零時(shí),曲面內(nèi)一定沒(méi)有電荷(B)閉合曲面上各點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度都為零時(shí),曲面內(nèi)電荷的代數(shù)和必定為零
2、(C)閉合曲面的電通量為零時(shí),曲面上各點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度必定為零(D)閉合曲面的電通量不為零時(shí),曲面上任意一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度都不可能為零分析與解 依照靜電場(chǎng)中的高斯定理,閉合曲面上各點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度都為零時(shí),曲面內(nèi)電荷的代數(shù)和必定為零,但不能肯定曲面內(nèi)一定沒(méi)有電荷;閉合曲面的電通量為零時(shí),表示穿入閉合曲面的電場(chǎng)線數(shù)等于穿出閉合曲面的電場(chǎng)線數(shù)或沒(méi)有電場(chǎng)線穿過(guò)閉合曲面,不能確定曲面上各點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度必定為零;同理閉合曲面的電通量不為零,也不能推斷曲面上任意一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度都不可能為零,因而正確答案為(B).9-3 下列說(shuō)法正確的是( )(A)電場(chǎng)強(qiáng)度為零的點(diǎn),電勢(shì)也一定為零
3、(B)電場(chǎng)強(qiáng)度不為零的點(diǎn),電勢(shì)也一定不為零(C)電勢(shì)為零的點(diǎn),電場(chǎng)強(qiáng)度也一定為零(D)電勢(shì)在某一區(qū)域內(nèi)為常量,則電場(chǎng)強(qiáng)度在該區(qū)域內(nèi)必定為零分析與解 電場(chǎng)強(qiáng)度與電勢(shì)是描述電場(chǎng)的兩個(gè)不同物理量,電場(chǎng)強(qiáng)度為零表示試驗(yàn)電荷在該點(diǎn)受到的電場(chǎng)力為零,電勢(shì)為零表示將試驗(yàn)電荷從該點(diǎn)移到參考零電勢(shì)點(diǎn)時(shí),電場(chǎng)力作功為零.電場(chǎng)中一點(diǎn)的電勢(shì)等于單位正電荷從該點(diǎn)沿任意路徑到參考零電勢(shì)點(diǎn)電場(chǎng)力所作的功;電場(chǎng)強(qiáng)度等于負(fù)電勢(shì)梯度.因而正確答案為(D).*9-4 在一個(gè)帶負(fù)電的帶電棒附近有一個(gè)電偶極子,其電偶極矩p的方向如圖所示.當(dāng)電偶極子被釋放后,該電偶極子將( )(A)沿逆時(shí)針?lè)?/p>
4、向旋轉(zhuǎn)直到電偶極矩p水平指向棒尖端而停止(B)沿逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)至電偶極矩p水平指向棒尖端,同時(shí)沿電場(chǎng)線方向朝著棒尖端移動(dòng)(C)沿逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)至電偶極矩p水平指向棒尖端,同時(shí)逆電場(chǎng)線方向朝遠(yuǎn)離棒尖端移動(dòng)(D)沿順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)至電偶極矩p水平方向沿棒尖端朝外,同時(shí)沿電場(chǎng)線方向朝著棒尖端移動(dòng)題9-4圖分析與解 電偶極子在非均勻外電場(chǎng)中,除了受到力矩作用使得電偶極子指向電場(chǎng)方向外,還將受到一個(gè)指向電場(chǎng)強(qiáng)度增強(qiáng)方向的合力作用,因而正確答案為(B).9-5 精密實(shí)驗(yàn)表明,電子與質(zhì)子電量差值的最大范圍不會(huì)超過(guò)±10-21e,而中子電量與零差值的最大范圍也不會(huì)超過(guò)±
5、10-21e,由最極端的情況考慮,一個(gè)有8個(gè)電子,8個(gè)質(zhì)子和8個(gè)中子構(gòu)成的氧原子所帶的最大可能凈電荷是多少?若將原子視作質(zhì)點(diǎn),試比較兩個(gè)氧原子間的庫(kù)侖力和萬(wàn)有引力的大小.分析 考慮到極限情況,假設(shè)電子與質(zhì)子電量差值的最大范圍為2×10-21e,中子電量為10-21e,則由一個(gè)氧原子所包含的8個(gè)電子、8個(gè)質(zhì)子和8個(gè)中子可求原子所帶的最大可能凈電荷.由庫(kù)侖定律可以估算兩個(gè)帶電氧原子間的庫(kù)侖力,并與萬(wàn)有引力作比較.解 一個(gè)氧原子所帶的最大可能凈電荷為二個(gè)氧原子間的庫(kù)侖力與萬(wàn)有引力之比為顯然即使電子、質(zhì)子、中子等微觀粒子帶電量存在差異,其差異在±10-21e范
6、圍內(nèi)時(shí),對(duì)于像天體一類電中性物體的運(yùn)動(dòng),起主要作用的還是萬(wàn)有引力.9-6 1964年,蓋爾曼等人提出基本粒子是由更基本的夸克構(gòu)成,中子就是由一個(gè)帶的上夸克和兩個(gè)帶的下夸克構(gòu)成.若將夸克作為經(jīng)典粒子處理(夸克線度約為10-20m),中子內(nèi)的兩個(gè)下夸克之間相距2.60×10-15m.求它們之間的相互作用力.解 由于夸克可視為經(jīng)典點(diǎn)電荷,由庫(kù)侖定律F與徑向單位矢量er方向相同表明它們之間為斥力.9-7 點(diǎn)電荷如圖分布,試求P點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度.分析依照電場(chǎng)疊加原理,P點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度等于各點(diǎn)電荷單獨(dú)存在時(shí)在P點(diǎn)激發(fā)電場(chǎng)強(qiáng)度的矢量和.由于電荷量為q的一對(duì)點(diǎn)電荷在P點(diǎn)激發(fā)
7、的電場(chǎng)強(qiáng)度大小相等、方向相反而相互抵消,P點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度就等于電荷量為2.0q的點(diǎn)電荷在該點(diǎn)單獨(dú)激發(fā)的場(chǎng)強(qiáng)度.解根據(jù)上述分析題9-7圖9-8 若電荷Q均勻地分布在長(zhǎng)為L(zhǎng)的細(xì)棒上.求證:(1)在棒的延長(zhǎng)線,且離棒中心為r處的電場(chǎng)強(qiáng)度為(2)在棒的垂直平分線上,離棒為r處的電場(chǎng)強(qiáng)度為若棒為無(wú)限長(zhǎng)(即L→∞),試將結(jié)果與無(wú)限長(zhǎng)均勻帶電直線的電場(chǎng)強(qiáng)度相比較.題9-8圖分析 這是計(jì)算連續(xù)分布電荷的電場(chǎng)強(qiáng)度.此時(shí)棒的長(zhǎng)度不能忽略,因而不能將棒當(dāng)作點(diǎn)電荷處理.但帶電細(xì)棒上的電荷可看作均勻分布在一維的長(zhǎng)直線上.如圖所示,在長(zhǎng)直線上任意取一線元dx,其電荷為dq=Qdx/
8、L,它在點(diǎn)P的電場(chǎng)強(qiáng)度為整個(gè)帶電體在點(diǎn)P的電場(chǎng)強(qiáng)度接著針對(duì)具體問(wèn)題來(lái)處理這個(gè)矢量積分.(1)若