大學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)課后習(xí)題答案-主編習(xí)崗-高等教育出版社8765

大學(xué)基礎(chǔ)物理課后答案主編：習(xí)崗高等教育出版社第一章思考題：ppB<1-4>解：在上液面下取A點(diǎn)，設(shè)該點(diǎn)壓強(qiáng)為，在下液面內(nèi)取B點(diǎn)，設(shè)該點(diǎn)壓強(qiáng)為。A2應(yīng)用拉普拉斯公式，得pp對(duì)上液面R0AA2使用拉普拉斯公式，得pp對(duì)下液面R0BBppgh又因?yàn)锽A可得h121將三式聯(lián)立求解gRRBA<1-5>答：根據(jù)對(duì)毛細(xì)現(xiàn)象的物理分析可知，由于水的表面張力系數(shù)與溫度有關(guān)，毛細(xì)水白天，由于日的水分一方面蒸發(fā)加快，另一方面土壤顆粒之間的毛細(xì)水會(huì)因溫度升高而下降，這兩方面夜間，土壤表面的溫度較低，使得土壤顆粒間的毛細(xì)水上升；另一方面，上升的高度會(huì)隨著溫度的變化而變化，溫度越低，毛細(xì)水上升的高度越高。在照的原因，土壤表面的溫度較高，土壤表面的原因使土壤表層變得干燥。相反，在而土壤深層的溫度變化不大，空氣中的水汽也會(huì)因?yàn)闇囟认陆刀Y(jié)，從而使得清晨時(shí)土壤表層變得較為濕潤(rùn)。<1-6>答：連續(xù)性原理是根據(jù)質(zhì)量守原恒理推出的，連續(xù)性原理要求流體的流動(dòng)是定常流動(dòng)，并且不可壓縮。伯努利方程是根據(jù)功能原理推出的，它的使用條件是不考慮流體的黏滯性和可壓縮性，同時(shí)，還要求流動(dòng)是定常流動(dòng)。如果流體具有黏滯性，伯努利方程不能使用，需要加以修正。<1-8>答：泊肅葉公式適用于圓形管道中的定常流動(dòng)，并且流體具有黏滯性。斯托克斯公式適用于球形物體在黏滯流體中運(yùn)動(dòng)速度不太大的情況。練習(xí)題：<1-6>解：設(shè)以水壩底部作為高度起點(diǎn)，水壩任一點(diǎn)至底部的距離為h。在h基礎(chǔ)上取微元dh，與之對(duì)應(yīng)的水壩側(cè)面面積元dS（圖中陰影面積）應(yīng)為坡長(zhǎng)dm與壩長(zhǎng)l的乘積。dFldhdhdmh高線練習(xí)題1-6用圖dhdhdm由圖可知sinsin60odhdSldml水壩側(cè)面的面積元dS為sin60dhdFpdS[pρg(5h)]l該面積元上所受的水壓力為sin600pg5hldh7.310(N)55FdF水壩所受的總壓力為08sin60o00h5h,高度微元?。ㄗⅲ喝粢运畨蔚纳享旤c(diǎn)作為高度起點(diǎn)亦可，則新定義的高度dhdhhdh法不變，即，將與帶入水壩壓力積分公式，同樣可解出水壩所受壓力大小。）<1-10>解：（1）設(shè)A為水庫(kù)中水面上一點(diǎn)，對(duì)A點(diǎn)和C點(diǎn)使用伯努利方程可寫(xiě)出11pvghpvgh222AACCC2Ah0，由于水庫(kù)水面下降很小，hh，上式即可簡(jiǎn)化為v0，ppp（p為大氣壓），取C點(diǎn)為基準(zhǔn)，CAAC00A212Cghv22v2gh29.85.09.9(m)由此解得C2（2）對(duì)B點(diǎn)和C點(diǎn)使用伯努利方程，可寫(xiě)出11pvghpvgh222BBCCC2Bh0，vv，hhh，pp，上式化為取C點(diǎn)為基準(zhǔn)，CBCB12C0pg(hh)pB120ppg(hh)1.0131051039.8(3.05.0)2.3104(Pa)即B012<1-11>解：（1）設(shè)水池表面壓強(qiáng)為p、流速為1v、高度為h，小孔處壓強(qiáng)為1p、流速21為v、高度為2h，由伯努利方程可寫(xiě)出121pvghpvgh2122221122p、0v0、hhhv2gh，于是，由上式可得22根據(jù)題中條件可知pp12111Hh2gt2又由運(yùn)動(dòng)學(xué)方程2(Hh)t可解出gRvt2gh2(Hh)4h(Hh)則水平射程為帶入數(shù)據(jù)解得2gR4h(Hh)43(103)9.17(m)H2hdR00（2）根據(jù)極值條件，在時(shí)，R出現(xiàn)最大值，即dhHhh2R出現(xiàn)最大值。由此解出h=5m時(shí)，R出現(xiàn)最大值，此時(shí)R=10m。ppRgh48lR4<1-13>解：由泊肅葉流量公式可知q（）128lvVmq又由ttvη2tRgh4由上兩式可得8lm帶入已知數(shù)據(jù)，可解出0.1102603.14249.851021.91032η0.04(Pas)8101020.661030)gr22(<1-15>解：用沉降法測(cè)黏滯系數(shù)時(shí)9vT2帶入已知數(shù)據(jù)，解得0gr29vT22.551.261039.8310233.110290.82(Pas)第二章思考題：<2-4>答：不相同，在冬天打入輪胎內(nèi)的空氣質(zhì)量要大一些。因?yàn)橄奶鞖鉁馗?，空氣分子的平均平?dòng)能較大；冬天氣溫低，空氣分子的平均平動(dòng)能較小。根據(jù)理想氣體的壓強(qiáng)2公式pn,可知，當(dāng)壓強(qiáng)相同時(shí)，在冬天打入輪胎內(nèi)的空氣密度（即質(zhì)量）要大3一些。<2-6>答：這種看法是錯(cuò)誤的。因?yàn)槔硐霘怏w的溫度公式只適用于理想氣體，而在－273℃時(shí)，已經(jīng)不存在理想氣體了，溫度公式也就不成立了，如此的推論自然也就是錯(cuò)使達(dá)到－273℃，分子誤的。事實(shí)上，即也還在作微小的振動(dòng)，運(yùn)動(dòng)仍不會(huì)停止。<2-8>答：vvv(1)f(v)dv表示速率分布在~d區(qū)間內(nèi)的氣體分子數(shù)占總分子數(shù)的比率vvv(2)Nf(v)dv表示速率分布在~d區(qū)間內(nèi)的氣體分子數(shù)(3)(4)f(v)dv表示速率分布在v~v區(qū)間內(nèi)的氣體分子數(shù)占總分子數(shù)的比率12v2v12Nf(v)dv表示速率分布在v~v區(qū)間內(nèi)的氣體分子數(shù)12vv1<2-11>答：平均速率v可以了解氣體分子平均的運(yùn)動(dòng)快慢；方均根速率是分子平均平動(dòng)動(dòng)能的標(biāo)志；最概然速率討論氣體分子的統(tǒng)計(jì)分布。此三個(gè)速率大小關(guān)系vpvv2<2-12>答：（1）pnkT溫度和壓強(qiáng)相同時(shí)，單位體積內(nèi)的分子由于分子的種類(lèi)不同，所以單位體積內(nèi)的氣體質(zhì)量不同和單位體積內(nèi)的分子數(shù)相同，所以單位體數(shù)相同，（2）mnm，分子3（3）nn2kT溫度，由于k積內(nèi)的氣體分子總平動(dòng)動(dòng)能相同（4）En2ikT，由于溫度相同，而自由度數(shù)不確定，因此大為體積內(nèi)氣體的內(nèi)能無(wú)法比較<2-13>答：根據(jù)2ikT，由于溫度不變，氣體分子平均動(dòng)能不變。但由于分子數(shù)密度減少了，容器中的氣體質(zhì)量減小，根據(jù)EmiRT，可知?dú)怏w的內(nèi)能M2減少。練習(xí)題：<2-3>解：由題意得：p1.01105Pa、T273.15K（1）pn2.441025(m1)kTnμ1.30(kgm3)（2）氧氣分子的密度：ρNA（3）平均平動(dòng)動(dòng)能3kT6.211021(J)：2i3RT<2-7>解：已知M4103kgmol1、M32103kgmol1，由2v12Mv2TM得①3R當(dāng)v211.2103ms1，由①得：11.22106410338.31v2TM3R1.01104(K)1111.2210643210338.31v2TM3R1.61104(K)22當(dāng)v22.4103ms，由①得：1v2.4210641038.31134.62102(K)2T1M3Rv2.42106321037.39103(K)2TM3R38.3122133R2N<2-9>解:（1）由溫度的微觀公式：mvkT2T22A得N3RT6.151023(mol1)Amv2v8kTm1.3102(ms1)遵守麥克斯韋速率分布，得（2）粒子<2-12>解:（1）速率分布曲線如圖2-1所示f(v)fvdv1，得（2）由歸一化條件CO0V0CdvCV1f(v)dv000則VVo1CV0圖2-1（3）粒子平均速率為VVf(v)dvV1dvV0V0V0200<2-15>解:由題意知：EEK①M(fèi)m②③N012mv25kT2μv232103100T①②③式得：5R27.7(K)聯(lián)立58.31M<2-16>解：（1）依題意得：pVRT①②③EMiRT2NnVp2E26.751021.35105(Pa)聯(lián)立①②③可得：iV52.0103（2）因pnKT④③④得：TpV3.62102(K)聯(lián)立NK32kT7.491021(J)第三章思考題<3-3>答：內(nèi)能是狀態(tài)量，是溫度的單值函數(shù)。熱量是過(guò)程量，如系統(tǒng)經(jīng)歷的熱力學(xué)過(guò)程相關(guān)。（1）說(shuō)法是錯(cuò)誤的，因?yàn)闊崃渴沁^(guò)程量。（2）說(shuō)法是正確的，對(duì)于相同的物體，內(nèi)能是溫度的單值函數(shù)。<3-4>答：×108J，系統(tǒng)對(duì)外做功為30×103××108×107×108J。可見(jiàn)不符合熱力學(xué)第一定律，因此這種機(jī)器不可能。<3-7>答：該一定量的理想氣體由狀態(tài)1變化到狀態(tài)2，系統(tǒng)內(nèi)能的改變量是一樣的，因此根據(jù)熱力學(xué)第一定律QEW，在過(guò)程A和過(guò)程B中吸收的熱量可通過(guò)在這兩個(gè)過(guò)程中系統(tǒng)對(duì)外所做的功做比較。根據(jù)功的幾何意義，由圖可見(jiàn)，過(guò)程A中系統(tǒng)對(duì)外所做的功比較大，因此，該過(guò)程吸收的熱量也相應(yīng)的比較大。<3-9>答：（1）不能；（2）不能；（3）不能；（4）能；（5）能；（6）能。<3-10>答：（1）正確，因?yàn)榻?jīng)過(guò)一個(gè)正循環(huán)以后系統(tǒng)回到原來(lái)狀態(tài)。（2）錯(cuò)誤。系統(tǒng)經(jīng)一個(gè)正循環(huán)后，外界在溫度較高處輸送熱量給系統(tǒng)，又在溫度較低處從系統(tǒng)獲得熱量，兩者之差恰正等于它從系統(tǒng)得到的功。雖然外界凈減少熱量的數(shù)值等于系統(tǒng)對(duì)外界做的功，但功和熱量是不等的價(jià)，所以該循環(huán)過(guò)程已經(jīng)對(duì)外界產(chǎn)生影響了。（3）錯(cuò)誤。因?yàn)橹挥性谡蜓h(huán)和逆向循環(huán)的軌跡線完全一致，并且它們都是可逆循環(huán)的情況下，先后經(jīng)過(guò)這樣的一個(gè)正循環(huán)與逆循環(huán)后，系統(tǒng)與外界才可能都沒(méi)有發(fā)生變化。本題中僅指出其逆循環(huán)是逆卡諾循環(huán)，沒(méi)有明確其正循環(huán)是否是正向可逆卡諾循環(huán)。<3-11>答：不能。如圖所示，等溫線Ⅲ與Ⅰ和Ⅱ兩絕熱線相交，構(gòu)成一個(gè)循環(huán)。這個(gè)循環(huán)只有一個(gè)單一熱源，它把吸收的熱量全變成功，即100%，并使周?chē)h(huán)境沒(méi)有變化，這是違背熱力學(xué)第ⅢⅡ二定律的，所以不可能構(gòu)成這樣一個(gè)循環(huán)。Ⅰ<3-15>答：（1）不正確?？ㄖZ循環(huán)中，從高溫?zé)嵩次鼰釋?duì)外做功的等溫過(guò)程，就將熱全部轉(zhuǎn)化成了功，只是由于系統(tǒng)從外界吸熱，引起了外界的變化。正確的理解應(yīng)為：在不引起其它變化或不產(chǎn)生其它影響的條件下，熱不能完全變?yōu)楣Α＃?）不正確。致冷機(jī)就能將熱量從低溫物體傳向高溫物體，只是它需要消耗外界能量。正確的理解應(yīng)為：在不引起其它變化或不產(chǎn)生其它影響的條件下，不可能把熱量從低溫物體傳到高溫物體。練習(xí)題：<3-2>解：根據(jù)功的幾何意義，可得此過(guò)程中氣體所做的功在數(shù)值上等于梯形ABCD的面積，因此有W12(ADBC)CD1(21051105)1103150J2QW(EE)<3-4>解：系統(tǒng)由經(jīng)歷ACB過(guò)程，根據(jù)熱力學(xué)第一定律有ACBBATTPVPV，所以有，因此。由于從P-V圖中可見(jiàn)AABBABE0對(duì)于整個(gè)循環(huán)ABCDA，由于，BD為等體過(guò)程，DA為等壓過(guò)程，因此有QWWW2000P(VV)200012001000JACBBDDAAAD<3-6>解：根據(jù)熱力學(xué)第一定律有，QE2iRT。根據(jù)題意有1mol,Q2.06102J,T10K，因此2QRT18.311022.0610i25<3-8>解：對(duì)于絕熱過(guò)程，有pVpV11pV∴p11V1VVpV2dVpV11W2pdVVV1111V121VV1111pV111pV1pV11VV11pV22V2112111pVpV12211由理想氣體狀態(tài)方程，可將上式化為1R1W1R(TT)(TT)21120.3210(mol)0.032M<3-9>解：由已知可得Mmol5雙原子分子，則cR。2v氧氣為E0（1）a-b過(guò)程為等溫過(guò)程，，QWRTlnV2108.31300ln21.728104(J)111V11.728104J，全部用來(lái)向外做功。（2）b-c過(guò)程W＝0此過(guò)程系統(tǒng)從外界吸熱為等體過(guò)程，QEcTT1058.31(200300)2.0775104(J)22v21此過(guò)程系統(tǒng)向外放熱2.0775104J，系統(tǒng)內(nèi)能減少2.0775104J。（3）c-d過(guò)程為等溫過(guò)程，E＝0QWRTlnV1108.31200ln11.152104(J)2322V21.152104J，系統(tǒng)向外放熱對(duì)系統(tǒng)做功1.152104J此過(guò)程外界（4）d-a過(guò)程為等體過(guò)程，W＝0QEcTT1058.313002002.0775104(J)24v12此過(guò)程系統(tǒng)從外界吸熱2.0775104J，使內(nèi)能增加2.0775104J。熱機(jī)效率為1.7282.07752.07751.152＝15.14%1.7282.0775Q－Q＝吸放Q吸<3-14>解：設(shè)高溫?zé)嵩礈囟葹門(mén)1，低溫?zé)嵩礈囟葹門(mén)2T1＝27+273＝300K，T2＝0+273＝273K源吸熱為Q2，則（1）設(shè)此致冷機(jī)從低溫?zé)酫＝5.03.35105＝1.67510（6J）2設(shè)此致冷機(jī)致冷系數(shù)為，則T－T300273273＝＝＝10.112T12Q由＝，可得放到環(huán)境中的熱量為2－QQ121.675106＋1.675106＝1.84110（6J）Q＝Q＋Q＝210.1112（2）設(shè)最少必須供給致冷機(jī)的能量為W，則WQQ1.841106－1.675106＝1.6610（5J）12第四章思考題：F<4-2>答：公式E是關(guān)于電場(chǎng)強(qiáng)度的定義式，適合求任何情況下的電場(chǎng)。而公式q0qEr是由庫(kù)侖定理代入定義式推導(dǎo)而來(lái)，只適于求點(diǎn)電荷的電場(chǎng)強(qiáng)度。4r200<4-3>答：（1）場(chǎng)強(qiáng)是由場(chǎng)源電荷和場(chǎng)點(diǎn)決定的，與檢驗(yàn)電荷無(wú)關(guān)，因此當(dāng)沒(méi)有檢驗(yàn)電荷時(shí)，仍然有場(chǎng)強(qiáng)。而當(dāng)電荷在電場(chǎng)中受到的電場(chǎng)力則與場(chǎng)強(qiáng)和電荷的電量都有關(guān)系，因此當(dāng)當(dāng)電荷在電場(chǎng)中受到的電場(chǎng)力很大時(shí)，并不代表該點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)一定很大。（2）點(diǎn)電荷的電場(chǎng)強(qiáng)度的公式是有庫(kù)倫定律推導(dǎo)得到的，因此僅適用于點(diǎn)電荷模型。當(dāng)場(chǎng)點(diǎn)和點(diǎn)電荷的距離趨于0時(shí)，電荷本身的尺度已經(jīng)不可以忽略，那這時(shí)不可以用點(diǎn)電荷的電場(chǎng)強(qiáng)度的公式來(lái)討論，因此沒(méi)有物理意義。<4-4>答：取球面高斯面，由nEdSq可知i0i0（1）內(nèi)部無(wú)電荷，而面積不為零，所以E=0。內(nèi)q（2）E=外與氣球吹大無(wú)關(guān)。4r20q（3）E=表隨氣球吹大而變小。4R20<4-5>答：（1）錯(cuò)。因?yàn)橐栏咚苟ɡ?，E=0只說(shuō)明高斯面內(nèi)凈電荷數(shù)（所有電荷的代數(shù)和）為零。（2）錯(cuò)。高斯面內(nèi)凈電荷數(shù)為零，只說(shuō)明整個(gè)高斯面的EdS的累積為零。s并不一定電場(chǎng)強(qiáng)度處處為零。EdS的累積為（3）錯(cuò)。穿過(guò)高斯面的電量通為零時(shí)，只說(shuō)明整個(gè)高斯面的s零。并不一定電場(chǎng)強(qiáng)度處處為零。（4）對(duì)。E=0，則整個(gè)高斯面的EdS的累積為零。所以電量通φ=0。s<4-6>答：點(diǎn)電荷位于立方體中心時(shí)，過(guò)通該立方體各面的電量通都相等，并且等于總通量的1/6。由高斯定理可知總通量為EdSqS0于是，過(guò)通各面的電量通為q60可知，當(dāng)電勢(shì)處處相等時(shí)，dU0，E=0。實(shí)際例子：ldU（2）否。電勢(shì)為零處電勢(shì)梯度不一定為零，所以E也不一定為零。實(shí)際例dll子：電偶極子連線中點(diǎn)處。（3）否。如果E等于零，則電勢(shì)梯度為零，但電勢(shì)不一定為零。實(shí)際例子：兩l個(gè)相同電荷連線中點(diǎn)處。練習(xí)題：<4-4>解：（1）如圖建立坐標(biāo)系dqdx電荷源：dx04(xb)204(xb)lEll4b(lb)，方向沿著x軸負(fù)方向。000（2）電荷源：dqkxdxElkxdxkl[(xb)b]dx04(xb)24(xb)2000，方向沿著x軸負(fù)方向。d(xb)bklbkdx0(xb)l4(xb)4blbllln2000<4-6>解：（1）取半徑為r—r+dr的圓環(huán)，如圖所示，因其上電荷對(duì)P點(diǎn)的產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)垂直分量相互抵消，所以其對(duì)P點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)為dSxdEdEcos124xrxr22220x2rdrxrdr3232x4xr2xr222200P整個(gè)圓盤(pán)的電荷在P點(diǎn)的產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)為RER32xrdr112xRx202xr222200（2）當(dāng)R時(shí)，可將帶電圓盤(pán)看作無(wú)限大帶電平面，因此P點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度為2E0xR時(shí)，可將帶電圓盤(pán)看作點(diǎn)電荷，因此P點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度為：（3）當(dāng)E4RR2204xx220EdSE4r21q<4-7>解：（1）以r為半徑作球面高斯面，有Si內(nèi)0iI：r﹤R1，因面內(nèi)無(wú)電荷，E1=0QRrREII：面內(nèi)的電荷為Q，114r21220QQRrIII：面內(nèi)的電荷為Q+Q2，同理可得：E3=1214r220（2）根據(jù)上部分結(jié)果可得I：E1=0EQ14r22Q4r2EII：0120III：E3=0Er根據(jù)已知條件畫(huà)出關(guān)系曲線如圖所示0rR1R2圖E－r關(guān)系曲線<4-9>解：依題意得：U50103d301010E1.67107(Vm-1)K若令一個(gè)鉀離子()通過(guò)該膜時(shí)需做功W，則WqU1.610195010381021(J)<4-10>解：（1）由題4-7可得I、II、III區(qū)域中的電場(chǎng)分布，則區(qū)域I電勢(shì)：RRV1EdrEdrEdr2Edr1213rrR1QQ4r2R21QQR2Q4r22dr4RR21dr112R1R20001同理可得區(qū)域II電勢(shì)分布：R1QQV2ErdEdrEdr31?224rR22rrR20區(qū)域III電勢(shì)分布E?drEdrQQV3124r3rr0QQ，則區(qū)域（2）若I電勢(shì)：12Edrdd2Edr3RREr2V1Er11rrR1R211R2QQ4dr114rRR122R100區(qū)域II電勢(shì)：Q11E?drR2EdrV214rR22rr0區(qū)域III電勢(shì)：E?drErd0V33rr1）設(shè)內(nèi)圓柱體的體電荷密度為ρ。作以為半徑r(RrR)，長(zhǎng)度為l的12<4-12>解：（圓柱高斯面，依高斯定理得距軸心為r處場(chǎng)強(qiáng)為R21R2lE12rl2r①內(nèi)00兩圓柱間電壓為R12lnR2R1R2E?drVVVR1②2120聯(lián)立①②式得：VVE12rlnRR21內(nèi)則VVR2E?drVVlnRr212lnRR2r2r1令內(nèi)筒電勢(shì)為零，則距軸心為r處的電勢(shì)為VVVlnRr212lnRRr21第五章思考題：<5-1>答：有可能等于零。在金屬導(dǎo)體中電荷的定向移動(dòng)形成電流，電荷的體密度等于零。而單獨(dú)的正離子或負(fù)離子的運(yùn)動(dòng)形成電流時(shí)電荷的體密度不等于零。ΙjdS，雖然導(dǎo)體<5-2>答：電流能夠恒定，因中各處的電流密度不相同，只要電流S密度j對(duì)導(dǎo)體各截面的通量相等，通過(guò)導(dǎo)體的電流就恒定。<5-6>答：電動(dòng)指電源正負(fù)兩極之間的電壓，一般情況下電源的端電壓不等于電動(dòng)勢(shì)，兩者之差為Ir，即電源電流與內(nèi)阻r之積，位降。當(dāng)電源內(nèi)阻為0，即Ir=0時(shí)，端電壓在數(shù)值上等于電動(dòng)勢(shì)。對(duì)于有內(nèi)阻的電源，只要流過(guò)它的電流為零（處于源就如此），端電壓勢(shì)是單位正電荷從負(fù)極經(jīng)電源內(nèi)部移到正極時(shí)非靜電力所做的功，端電壓是稱(chēng)內(nèi)阻電開(kāi)路狀態(tài)的電也與電動(dòng)勢(shì)數(shù)值相等。練習(xí)題：<5-2>解：銅線截面積S10mm21.0105m2，允許通過(guò)的電流I60A，則銅線中60jI6.0106(Am2)允許電流密度S1.0105n8.51028m3，則銅線中通有允許電流時(shí)自由電子密度又銅線中的自由電子的漂移速度j6.0106ne8.510281.61019v4.4104(ms1)<5-4>解：銅棒的截面積S1.6103m2，長(zhǎng)l2.0m，電導(dǎo)率5.7107sm1，則2.2105l1l2（1）銅棒電阻為Rρ5.71071.6103SSU51022.3103A（2）銅棒兩端的電勢(shì)差為U5102V，則電流IR2.21051.4106Am2I2.3103（3）電流密度為jS1.6103Vm1j1.41062.5102E（4）棒內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度5.71072（5）所消耗的功率PI2R2.3102.2101.1102W35ne1.361010cm，則電子的（6）又自由電子的電荷體密度3漂移速度j1.41061.0104msvne1.361010第六章思考題：<6-2>答：可以將扭在一起的兩條通電導(dǎo)線看成是交織在一起的兩個(gè)螺線管。管外的磁場(chǎng)非內(nèi)的磁場(chǎng)基本常弱；因兩個(gè)螺線管的通電電流大小相等、方向相反，而且匝數(shù)基本相當(dāng)，管上可以相互抵消。因此，與電源相連的兩條導(dǎo)線，扭在一起時(shí)比平行放置時(shí)產(chǎn)生的磁場(chǎng)要小得多。<6-4>答：根據(jù)畢奧—薩伐爾定律可得，(1)與運(yùn)動(dòng)電荷速度方向垂直的點(diǎn)的磁場(chǎng)最強(qiáng)；(2)(3)根據(jù)磁場(chǎng)的高斯定理，穿過(guò)球面的磁通量為運(yùn)動(dòng)電荷速度連線方向上的點(diǎn)的磁場(chǎng)為零；零。<6-6>答：安培環(huán)路定理中的電流都應(yīng)該是閉合恒定電流（對(duì)于無(wú)限長(zhǎng)直電流，可以認(rèn)為是無(wú)限遠(yuǎn)處閉合的）。而且磁場(chǎng)變化電流的磁場(chǎng)，安培環(huán)路定理不成立。在電流回路在分布需具有對(duì)稱(chēng)性。對(duì)于一恒段定電流的磁場(chǎng)和<6-8>答：不能。由fqvB磁場(chǎng)對(duì)帶電粒子的作用力與粒子運(yùn)動(dòng)的方向垂直，磁場(chǎng)力對(duì)帶電粒子所做的功為零，粒子的動(dòng)能也不會(huì)因此而增大。練習(xí)題：及起始點(diǎn)為a,b的兩<6-2>解：根據(jù)疊加原理，點(diǎn)O的磁感應(yīng)強(qiáng)度可視作三段直線以段弧（包括優(yōu)弧和劣?。┕餐ぐl(fā)。由于電源距環(huán)中心很遠(yuǎn)，則電源所在的直線電流對(duì)O處的磁場(chǎng)貢獻(xiàn)為0，而另兩通段電直線的延長(zhǎng)線都通過(guò)點(diǎn)O，在O處激發(fā)的磁感應(yīng)強(qiáng)度也為0。流過(guò)圓弧的電流的方向I1、I2如圖所示，兩圓弧在O點(diǎn)激發(fā)的磁場(chǎng)分別為Il；BIlB101120224r4r22其中l(wèi)、l分別是優(yōu)弧和劣弧的弧長(zhǎng)，由于導(dǎo)線電阻R與弧長(zhǎng)l成正比11RlS式中為電阻率，為S導(dǎo)線的橫截面積。又兩圓弧構(gòu)成并聯(lián)電路，則RIRI1122故有IlIl1122點(diǎn)O的合磁感強(qiáng)度為IlIlBBB00220114r24r212<6-3>解：載流導(dǎo)體板可以分割成無(wú)數(shù)條長(zhǎng)直載流導(dǎo)線，導(dǎo)體板的場(chǎng)就是這些無(wú)數(shù)條長(zhǎng)直載流導(dǎo)線場(chǎng)的疊加。如圖，坐標(biāo)x處寬為dx的窄條可視為無(wú)限長(zhǎng)直載流導(dǎo)線，其電流為dIIdxdxa它在距板一邊a處產(chǎn)生的磁場(chǎng)大小為dI2(2ax)2a(2ax)Idx0dIdB0o其方向垂直紙面向里。因?yàn)樗姓瓧l產(chǎn)生的磁場(chǎng)x方向相同，所以總磁場(chǎng)aa02a(2ax)2aI0BdBIdxln2a0BdlI，距I長(zhǎng)直導(dǎo)線水平距離d/2處的磁感應(yīng)1<6-6>解：(1)由安培環(huán)路定理，0l強(qiáng)度大小為I4107202105(T)B101d0.4方向垂直平面向外。I距長(zhǎng)直導(dǎo)線水平距離d/2處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為2I4107202105(T)B202d0.4方向垂直平面向外。BBB4105(T)方向垂直平面向外。12(2)建立如圖坐標(biāo)系，面積元dSldx，該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為I2x2(dx)I02BBB01122x2(dx)I02ldxBdSI01rr12r1ldx2107200.250.31x1(dx)1xdxx20.12107200.25ln922.2106(Wb)I<6-8>解：由安培環(huán)路定理，Bdl，建立如圖回路in0lIBIB2r0in2r0inIR(1)當(dāng)rRIr2r21in212RIrB1021I(2)當(dāng)RrRIIB202r12inI(3)當(dāng)RrRIIrR222方向沿著逆時(shí)針?lè)较?。RR23in2232r2RR2R32I12222I1r2RB3022rRR2232(4)當(dāng)rRI0B03in4<6-10>解：矩形上、下兩段導(dǎo)線受安培力的大小相等，方向相反，兩力的矢量和為零。而矩形的左右兩段導(dǎo)線，由于載流導(dǎo)線所在處磁感應(yīng)強(qiáng)度不等，所受的安培力F、F大小不同，且方向相反，因此線框所受的力為這兩個(gè)12力的合力。I1l線框左右兩邊安培力大小分別為IIlFd0122dI212(db)IIlbF2012故合力大小為2d2(db)IIl012IIlFFF1.28103(N)01212合力方向朝左，指向直導(dǎo)線。I1<6-11>解：由安培環(huán)路定理，距長(zhǎng)直導(dǎo)線水平距離x處的dxxI2磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為abI2xBx01dl方向垂直O(jiān)xy平面向里。ab段導(dǎo)線中線段元受到的安培力大小為dFBIdxx2則ab段導(dǎo)線受到的磁場(chǎng)作用力大小為IIlndl012IIdx0122x2Fdldd方向沿y軸正向（以通有電流I2的方向x軸正方向，電流I1的方向?yàn)閥軸正方向）。<6-13>解：汽泡室內(nèi)運(yùn)動(dòng)著的高能質(zhì)子受到洛侖茲力的作用，其大小為fBqv洛倫茲力為質(zhì)子作圓周運(yùn)動(dòng)提供向心力mv2fr由上述兩式，得質(zhì)子動(dòng)量得大小為pmvBqr201.610－193.51.121017（kgms-1）方向沿質(zhì)子運(yùn)動(dòng)的速度方向。質(zhì)子的動(dòng)能為(1.1210)3.8108(J)Ep21722m21.671027k第八章思考題<8-1>答：從運(yùn)動(dòng)學(xué)角度，凡是以時(shí)間的正弦或余弦函數(shù)表示的運(yùn)動(dòng)都是簡(jiǎn)諧振動(dòng)。從動(dòng)力學(xué)角度，物體在跟位移大小成正比，并且指向平衡位置的回復(fù)力作用下的振動(dòng)稱(chēng)之為簡(jiǎn)諧振動(dòng)。當(dāng)物體受到一個(gè)使它返回平衡位置的力時(shí)，該物體不一定是做簡(jiǎn)諧振動(dòng)，必須該力的大小跟位移大小成正比。<8-3>答：(1)對(duì)，可以是受迫振動(dòng)。(2)錯(cuò)，如自由落體運(yùn)動(dòng)。<8-5>答：因?yàn)橄辔槐碚魅我鈺r(shí)刻振子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。2πkA和最大加速度2增大A<8-7>答：振動(dòng)的周期T和頻率不變，最大速度2m1為原來(lái)的兩倍，振動(dòng)能量2kA增大為原來(lái)的四倍。2<8-10>答：當(dāng)波從一種介質(zhì)透入另一介質(zhì)時(shí)，由于頻率只決定于波源的振動(dòng)，因此頻率是不變的，而波長(zhǎng)速和振幅則與介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)，會(huì)發(fā)生改變、波。<8-13>答：相干條件為，頻率相同、振動(dòng)方向相同、相位相同或相位差恒定。因此(1)由于頻率不同，不行；(2)由于振動(dòng)方向不同，不行；(3)由于相位差不恒定，不行；(4)滿足了上述的相干條件，因此可以。<8-14>答：當(dāng)兩列整幅相同的相干波在空間相遇時(shí)，實(shí)際上是改變了能量在整個(gè)空間上的分布，但是總的能量的值是沒(méi)有變化的。雖然在干涉加強(qiáng)處的合成波的強(qiáng)度為一個(gè)波的強(qiáng)度的4倍，但是，在干涉相消處合成波的強(qiáng)度變?yōu)榱?。練?xí)題：<8-1>解：由于T=0.5s，故2/T4。則振動(dòng)方程為x0.02cos(4t)t0由題意得，起始狀態(tài)為時(shí)（1）x0.020.02cos0，x0.02cos4t，即（2）x0.020.02cos，x0.02cos(4t)，即，即（3）x00.02cos，v0.08sin0，x0.02cos(4t)223（4）x00.02cos，v0.08sin0，x0.02cos(4t3)，即22，即（5）x0.010.02cos，v0.08sin0，x0.02cos(4t)3343（6）x0.010.02cos，v0.08sin0x0.02cos(4t4)，即，3mmv(mM)vv0mMv2m/s<8-5>解：根據(jù)動(dòng)量守恒有0因此根據(jù)系統(tǒng)做簡(jiǎn)諧振動(dòng)的能量，有12(mM)v21kA2A(mM)v252281035102m2kk810340，根據(jù)圖示根據(jù)簡(jiǎn)諧振動(dòng)的方程xAcos(t)，其中(mM)5，所以dx振子在t0x0時(shí)，，且向x軸的正方向運(yùn)動(dòng)，因此有0dt2x5102cos(40t)2<8-7>解：根據(jù)簡(jiǎn)諧振動(dòng)的方程xAcos(t)，A0.24m，2，在t0時(shí)，T2x0.24cos(2t)x24cm，所以0，因此有（1）t0.5s,x0.24cos()0.17m4（2）t0.5s,Fkxm2x4.19103N負(fù)號(hào)表示沿著x軸負(fù)方向，并指向平衡位置（3）由起始位置最快運(yùn)動(dòng)到x12cm，此時(shí)運(yùn)動(dòng)方向應(yīng)沿著x軸負(fù)方向，因此有5,0.120.24cos(2t)t＝233＝0.67s,而且v0.12sin(2t)0，所以tt23（4）當(dāng)x12cm，0.67s，因此有v0.12sin(t)0.326m/st2E12mv25.31104JkE12kx22mx21.7810412Jp1E2m2A27.09104JxB<8-15>解：（1）yAcos(BtCx)與yAcos(t)對(duì)比有，振幅為u，A，波速u(mài)2CB12頻率Tu，波長(zhǎng)T，周期。22BC（2）當(dāng)xl,yAcos(BtCl)22xdCd（3）2yAcos(t)，有A0.03m，且根據(jù)T<8-17>解：設(shè)O點(diǎn)出的振動(dòng)方程為u質(zhì)點(diǎn)在平衡位置且向負(fù)方向運(yùn)動(dòng)，有，所以2u有50，另外由于O出的2y0.03cos(50t)O點(diǎn)出的振動(dòng)方程為2y0.03cos[50(tx)]面波的波動(dòng)方程為（1）此平2x0.05m，y0.03cos[50(t0.05)]0.03cos(50t)（2）當(dāng)2（3）當(dāng)t3s,x0.045m，y0.03cos[50(30.045)]0.212m2x0.045m，y0.03cos[50(t0.045)]當(dāng)2v0.0350sin[50(t0.045)]2當(dāng)t3s,v0.0350sin[50(30.045)]3.33m/s，負(fù)號(hào)表示沿著y軸2負(fù)方向。x<8-19>解：S1發(fā)出的平面波的波動(dòng)方程為y0.1cos2(t)201y0.1cos[2(tx)]S2發(fā)出的平面波的波動(dòng)方程為22040當(dāng)傳播到P點(diǎn)時(shí)的分振動(dòng)方程分別為y0.1cos2(t)0.1cos(2t4)20150y0.1cos[2(t)]0.1cos(2t4)202第九章思考題Dd<9-2>答：（1）根據(jù)雙縫干涉中相鄰條紋的間距公式x可知，隨著縫間距的增大，干涉條紋的間距會(huì)變窄。（2）當(dāng)狹縫光源在垂直于軸線方向上移動(dòng)時(shí)，干涉條紋也會(huì)隨著在垂直軸線方向移動(dòng)，方向與光源移動(dòng)方向相反。<9-4>答：如果在上方的縫后面貼云母片，則從上方縫中出射的光線的光程會(huì)發(fā)生變化。設(shè)云母片的折射率為n，厚度為h，則兩束光的光程差為h(n1)dxk(k0,1,2,...)D其中，d為兩縫的距離，D為縫與屏的距離，x為屏上相鄰兩點(diǎn)的距離。從中可以看出，相鄰兩條紋的距離為：Ddx可見(jiàn)，條紋間距沒(méi)有發(fā)生變化。令光程差等于零，可以得到中央亮條紋發(fā)生了改變，向上方移動(dòng)。，所以產(chǎn)生干02ne