发布时间 : 星期二 文章大学物理课后习题答案(北邮第三版)下更新完毕开始阅读
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U3?半圆环产生
πR???4π?0R4?0
UO?U1?U2?U3?∴
4-1
8-18 一电子绕一带均匀电荷的长直导线以2×10m·s的匀速率作圆周运动．求带电直线上的线电荷密度．(电子质量
??ln2?2π?04?0
m0=9.1×10-31kg，电子电量e=1.60×10-19C)
解: 设均匀带电直线电荷密度为?，在电子轨道处场强
?2π?0r
e?Fe?eE?2π?0r
电子受力大小
e?v2?mr ∴ 2π?0rE?2π?0mv2???12.5?10?13C?m?1 e得
-1
8-19 空气可以承受的场强的最大值为E=30kV·cm，超过这个数值时空气要发生火花放电．今有一高压平行板电容器，极板间距离为d=0.5cm，求此电容器可承受的最高电压．
解: 平行板电容器内部近似为均匀电场
4∴ U?Ed?1.5?10V
??8-20 根据场强E与电势U的关系E???U，求下列电场的场强：(1)点电荷q的电场；(2)总电量为q，半径为R的均匀带电圆环轴上一点；*(3)偶极子p?ql的r??l处(见题
8-20图)．
U?解: (1)点电荷
q4π?0r
题 8-20 图
??U?q?E??r0?r?20r?r4π?r0∴ 0为r方向单位矢量．
(2)总电量q，半径为R的均匀带电圆环轴上一点电势
4π?0R2?x2
???U?qxE??i?i223/2?x4π?R?x0∴
??p(3)偶极子?ql在r??l处的一点电势
q11qlcos?U?[?]?ll4π?04π?0r2(r?cos?)(1?cos?)22
?Upcos?Er???3?r2π?r0∴
U?q??文档鉴赏
E???8-21 证明：对于两个无限大的平行平面带电导体板(题8-21图)来说，(1)相向的两面上，电荷的面密度总是大小相等而符号相反；(2)相背的两面上，电荷的面密度总是大小相等而符号相同．
1?Upsin??r??4π?0r3
?2，证: 如题8-21图所示，设两导体A、B的四个平面均匀带电的电荷面密度依次为?1，
?3，?4
题8-21图
(1)则取与平面垂直且底面分别在A、B内部的闭合柱面为高斯面时，有
???E?dS?(?2??3)?S?0s
∴ ?2?3 说明相向两面上电荷面密度大小相等、符号相反；
(2)在A内部任取一点P，则其场强为零，并且它是由四个均匀带电平面产生的场强叠加而成的，即
??0?1?2?3?4????02?02?02?02?0
??0
又∵ ?2?3∴ ?1??4
说明相背两面上电荷面密度总是大小相等，符号相同．
8-22 三个平行金属板A，B和C的面积都是200cm，A和B相距4.0mm，A与C相距2.0
2
mm．B，C都接地，如题8-22图所示．如果使A板带正电3.0×10C，略去边缘效应，问
-7
B板和C板上的感应电荷各是多少?以地的电势为零，则A板的电势是多少?
解: 如题8-22图示，令A板左侧面电荷面密度为?1，右侧面电荷面密度为?2
题8-22图
(1)∵ ∴
UAC?UAB，即
EACdAC?EABdAB
?1EACdAB???2?EdABAC∴ 2
q?AS 且 ?1+?2文档鉴赏
qA2q,?1?A3S 3S 得
2qC???1S??qA??2?10?7C 3而
qB???2S??1?10?7C?UA?EACdAC?1dAC?2.3?103?0V (2)
?2?
8-23 两个半径分别为R1和R2（R1＜R2)的同心薄金属球壳，现给内球壳带电+q，试计
算：
(1)外球壳上的电荷分布及电势大小；
(2)先把外球壳接地，然后断开接地线重新绝缘，此时外球壳的电荷分布及电势； *(3)再使内球壳接地，此时内球壳上的电荷以及外球壳上的电势的改变量．
解: (1)内球带电?q；球壳内表面带电则为?q,外表面带电为?q，且均匀分布，其电势
题8-23图
U???R2???E?dr??R2(2)外壳接地时，外表面电荷?q入地，外表面不带电，内表面电荷仍为?q．所以球壳电势由内球?q与内表面?q产生：
qdrq?4π?0r24π?0R
4π?0R24π?0R2
(3)设此时内球壳带电量为q?；则外壳内表面带电量为?q?，外壳外表面带电量为
U?q?q?0?q?q?(电荷守恒)，此时内球壳电势为零，且
UA?q'4π?0R1?q'4π?0R2??q?q'?04π?0R2
q??得 外球壳上电势
R1qR2
q'4π?0R2??q?q'?R1?R2?q?24π?0R24π?0R2
UB?q'4π?0R2?8-24 半径为R的金属球离地面很远，并用导线与地相联，在与球心相距为一点电荷+q，试求：金属球上的感应电荷的电量．
解: 如题8-24图所示，设金属球感应电荷为q?，则球接地时电势
d?3R处有
UO?0
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8-24图
由电势叠加原理有：
得
8-25 有三个大小相同的金属小球，小球1，2带有等量同号电荷，相距甚远，其间的库仑力为0．试求：
(1)用带绝缘柄的不带电小球3先后分别接触1，2后移去，小球1，2之间的库仑力； (2)小球3依次交替接触小球1，2很多次后移去，小球1，2之间的库仑力．
q'q??0UO?4π?0R4π?03R
qq???3Fq2F0?4π?0r2 解: 由题意知
(1)小球3接触小球1后，小球3和小球1均带电
qq??2,
小球3再与小球2接触后，小球2与小球3均带电
3q???q4
∴ 此时小球1与小球2间相互作用力
32qq'q\38F1???F0228 4π?0r4π?0r2q(2)小球3依次交替接触小球1、2很多次后，每个小球带电量均为3.
22qq4F2?332?F04π?0r9 ∴ 小球1、2间的作用力
*8-26 如题8-26图所示，一平行板电容器两极板面积都是S，相距为d，分别维持电势
UA=U，UB=0不变．现把一块带有电量q的导体薄片平行地放在两极板正中间，片的面
积也是S，片的厚度略去不计．求导体薄片的电势．
?2，解: 依次设A,C,B从上到下的6个表面的面电荷密度分别为?1，?3，?4,?5,?6如图所示．由静电平衡条件，电荷守恒定律及维持UAB?U可得以下6个方程
题8-26图