大学物理第五版课后答案(上)完整版

大大学学物物理理课课后后习习题题答答案案（（上上））

6-20 人体的某些细胞壁两侧

解 （1）细胞壁内的电场强度E?σ?9.8?106V/m；方向指向细胞外． ε0εr（2） 细胞壁两表面间的电势差U?Ed?5.1?10?2V． 6-21 有一个平板电容器 =4.5x 10-5 C。M-2

解 D?QD?σ0?4.5?10?5C?m?2 E??2.5?106V?m?1 ΔSε0εrP?D?ε0E?2.3?10?5C?m?1

D、P、E方向相同，均由正极板指向负极板（图中垂直向下）．

6-22 在一个半径为R1的长直导线外套有氯

解 由介质中的高斯定理，有

?D?dS?D?2πrL?λL 。D?λer 2πr?1?λDλ1-?E??er 。P?D-ε0E????2πrer εε0εr2πε0εr?r?6-23 如图 ， 球形电极浮在相对电容率 = 3.0的油槽中

解 C1?2πε0R 。C2?2πε0εrR

Q1?C11C2εQ0?Q0?0.5?10?6C Q2?Q0?rQ0?1.5?10?6C

C1?C2εr?1C1?C2εr?16-24 如图 ， 由两块相距为0.50 mm的 薄金属板A,B 构成的空气平板电容器

解 （1） C?C23?C1?C2?C3?C1

C2?C3d1?2d2?2d3且，故C2?C3?2C1 ，因此A、B 间的总电容C?2C1

（2） 若电容器的一个引脚不慎与金属屏蔽盒相碰，相当于C2 （或者C3 ）极板短接，其电容为零，则总电容

C?3C1

6-25 如图 ， 在点A和点B之间有五个电容器 解 （1） 由电容器的串、并联，有

CAC?C1?C2?12μFCCD?C3?C4?8μF求得等效电容CAB ＝4 μF．

（2） 由于QAC?QCD?QDB?QAB，得UAC?1111 ???CABCACCCDC5CABUAB?4V CAC第-21-页 共-29-页

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UCD?CABCUAB?6V UDB?ABUAB?2V CCDCDB6-26 如图，有一空气电热板级板面积S ，间距d 解 （1）

C0?ε0SεS Q0?0U E0?U/d dd（2） 插入电介质后，电容器的电容C1 为

?Q??d?δ??Qδ??ε0εrS 。C1?C1U?ε0εrSU C1?Q/?ε0εrS?δ?εr?d?δ?δ?εr?d?δ??ε0S??E1Q1UQεrU。E1?1? ?ε0εrSδ?εr?d?δ?ε0Sδ?εr?d?δ?（3） 插入导体达到静电平衡后，导体为等势体，其电容和极板上的电荷分别为

C2?ε0SεS Q2?0U d?δd?δU d?δ??0 E2?导体中电场强度 E26-27 为了实时检测纺织品

C?ε0εrSεdC?ε0εrSεεεS d?r0 ?rd0?0r?εr?1?C?εr?1?Cd?εr?d?δ?εr?1εSε0S d?d0??0

Cd0?dC?6-28 利用电容传感器测量油料液面高度

证 由分析知，导体A、C 构成一组柱形电容器，它们的电容分别为

C1?2πε0εrX2πε0εr?L?X?2πε0εrX2πε0εr?L?X? C1? C?C1?C2??α?βX

DDDDlnlnlnlnddddα?2πε0L2πε0?εr?L?；β? Q?CU?aU?βUX DDlnlndd6-29 有一电容为0.50 uF 的平行平板电容器

解 （1） Umax?Ebd?190V （2）We?12CUmax9.03?10?3J 26-30 半径为0.10cm的长直导线，

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解 （1） 导线表面最大电荷面密度 σmax?ε0Eb?2.66?10?5C?m?2 （2） 由上述分析得λmax?2πε0R1Eb，此时导线与圆筒之间各点的电场强度为

Em?λR?1?R2?r?R1? E?0 (其他) 2πε0rrR2111R12Eb22wm?ε0Em?ε02 Wm????w?2πrdr?ε0πR12Eb2?dr

ΩR1r22rWm?ε0πR12Eb2lnR2?5.76?10?4J?m?1 R16-31 一空气平板电容器，空气厚1.5cm

解 E?εrV?3.2?106V?m?1

εr?d?δ??δ此时，因E?Eb ，空气层被击穿，击穿后40 kV 电压全部加在玻璃板两侧，此时玻璃板内的电场强度

E?V/δ?1.3?107V?m?1

'由于玻璃的击穿电场强度Eb?10MV?m?1，E?Eb? ，故玻璃也将相继被击穿，电容器完全被击穿．

6-32 某介质的相对电容率 er=2.8

解 E?Eb?18?106V?m?1 d?Um/Eb?2.22?10?4m

要制作电容为0.047 μF 的平板电容器，其极板面积 S?Cd?0.42m2 ε0ε16-33 一平行板空气电容器，极板面积S,极板间距d， 充电

1Q2Q2d2解 （1） we?ε0E? ΔWe?weΔV?

22ε0S22ε0S（2） 两导体极板带等量异号电荷，外力F 将其缓缓拉开时，应有F＝－Fe ，则外力所作的功为

Q2d A??Fe?Δr?QEd?

2ε0S7-6 北京正负电子对撞机

N?Il?4?1010 ec7-7 已知铜的摩尔质量

解 （1）n?NAρ/M vd?jm/ne?jmM/NAρe?4.46?10?4m?s?1 （2） 室温下（T ＝300 Ｋ）电子热运动的平均速率与电子漂移速率之比为

v1?vdvd8kT?2.42?108 πme第-23-页 共-29-页

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7-8 有两个同轴导体圆柱面，它们的长度均为20m

解 由分析可知，在半径r ＝6.0 mm的圆柱面上的电流密度

j?I/2πrl?13.3mA?m?2

7-9 已知地球北极磁场磁感应强度B的大小为6.0x10-5 T

解 设赤道电流为I，则由教材第7 －4 节例2 知，圆电流轴线上北极点的磁感强度

B?2R?R2?μ0IR2?3/2?μ0I42RB I??1.73?109A

μ042R7-10 如图，有两根导线沿半径方向接到铁环

B?B1?B2?μ0I1l1μ0I2l2??0 4πr24πr27-11 如图 几种截流导线在平面内分布

解 （ａ）B0?μ0IB0 的方向垂直纸面向外． 8R（ｂ） 将载流导线看作圆电流和长直电流，由叠加原理可得

B0?μ0Iμ0I?B0 的方向垂直纸面向里． 2R2πR（c） 将载流导线看作1/2 圆电流和两段半无限长直电流，由叠加原理可得

B0?μ0IμIμIμIμI?0?0?0?0B0 的方向垂直纸面向外． 4πR4πR4R2πR4R7-12 截流导线形状如图， 球O点 。。 B

B0??μ0IμIμIμIμIi?0k?0k??0i?0k 4R4πR4πR4R2πRB0??B0??μ0IμIμIμI?1?μIi?0i?0k??0??1?i?0k 4πR4R4πR4R?π?4πR3μ0IμIμIi?0j?0k 8R4πR4πR7-13 如图， 一个半径为R的无限长半球圆柱面导体，

解 根据分析，由于长直细线中的电流dI?Idl/πR，它在轴线上一点激发的磁感强度的大小为

ππμμ0Iμ0I0dB?dI By??dBsinθ?0 Bx??dBsinθ??Rdθ?sinθ?2

002πRπRπR2πRB?Bx?μ0I B 的方向指向Ox 轴负向． π2R7-14 分实验室常用所谓亥姆霍兹线圈

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