大学物理饶瑞昌课后题答案

第一章 质点运动学

1.1 一质点沿直线运动，运动方程为x(t) = 6t2 - 2t3．试求：

（1）第2s内的位移和平均速度；

（2）1s末及2s末的瞬时速度，第2s内的路程； （3）1s末的瞬时加速度和第2s内的平均加速度． [解答]（1）质点在第1s末的位移大小为

x(1) = 6×12 - 2×13 = 4(m)．

在第2s末的位移大小为

x(2) = 6×22 - 2×23 = 8(m)．

在第2s内的位移大小为

Δx = x(2) – x(1) = 4(m)，

经过的时间为Δt = 1s，所以平均速度大小为

v=Δx/Δt = 4(m·s-1)．

（2）质点的瞬时速度大小为 v(t) = dx/dt = 12t - 6t2，

因此v(1) = 12×1 - 6×12 = 6(m·s-1)，

v(2) = 12×2 - 6×22 = 0，

质点在第2s内的路程等于其位移的大小，即Δs = Δx = 4m．

（3）质点的瞬时加速度大小为

a(t) = dv/dt = 12 - 12t，

因此1s末的瞬时加速度为

a(1) = 12 - 12×1 = 0， 第2s内的平均加速度为

a= [v(2) - v(1)]/Δt = [0 –

习 题 四

4-1 质量为m=0.002kg的弹丸，其出口速率为300ms，设弹丸在枪筒中前进所受到的合力F?400?800x9。开抢时，子弹在x=0处，试求枪筒的长度。

[解] 设枪筒长度为L，由动能定理知

1212mv?mv0 22LL8000x 其中A??Fdx??(400?)dx

0094000L2?400L?

9 A? 而v0?0， 所以有：

4000L2400L??0.5?0.002?3002

9400L2?360L?81?0 化简可得：

L?0.45m 即枪筒长度为0.45m。

4-2 在光滑的水平桌面上平放有如图所示的固定的半圆形屏障。质量为m的滑块以初

速度v0沿切线方向进入屏障内，滑块与屏障间的摩擦系数为?，试证明：当滑块从屏障的另一端滑出时，摩擦力所作的功为W?12?2??mv0e?1 2??[证明] 物体受力：屏障对它的压力N，方向指向圆心，摩擦力f方向与运动方向相反，大小为 f??N (1)

另外，在竖直方向上受重力和水平桌面的支撑力，二者互相平衡与运动无关。 由牛顿运动定律 切向 ?f?m

习 题 十 三

13-1 求各图中点P处磁感应强度的大小和方向。

[解] (a) 因为长直导线对空间任一点产生的磁感应强度为：

?0I?cos?1?cos?2? 4?a?I?对于导线1：?1?0，?2?，因此B1?0

4?a2B?对于导线2：?1??2??，因此B2?0

Bp?B1?B2??0I 4?a方向垂直纸面向外。

(b) 因为长直导线对空间任一点产生的磁感应强度为：

?0I?cos?1?cos?2? 4?a?I?I?对于导线1：?1?0，?2?，因此B1?0?0，方向垂直纸面向内。

24?a4?r?I?I?对于导线2：?1?，?2??，因此B2?0?0，方向垂直纸面向内。

24?a4?rB?半圆形导线在P点产生的磁场方向也是垂直纸面向内，大小为半径相同、电流相同的

圆形导线在圆心处产生的磁感应强度的一半，即

1?0I?0I，方向垂直纸面向内。 ?22r4r?I?I?I?I?I所以，Bp?B1?B2?B3?0?0?0?0?0

4?r4?r4r2?r4rB3?(c) P点到三角形每条边的距离都是

d?3a 6?1?30o，?2?150o

每条边上的电流在P点产生的磁感应强度的方向都是垂直纸面向内，大小都是

B0??0I?cos300?co

习 题 十 二 恒定电流

12-1 北京正负电子对撞机的储存环是周长为240m的近似圆形轨道。求当环中电子电流强度为8mA时，在整个环中有多少电子在运行。已知电子的速率接近光速。

[解] 设储存环周长为l，电子在储存环中运行一周所需时间

t?则

在这段时间里，通过储存环任一截面的电量即等于整个环中电子的总电量，以Q表示，

ll?vc

Q?It?I故电子总数为

lc

QIl8?10?3?240N????4?1010?198eec1.6?10?3?10

12-2 表皮损坏后的人体，其最低电阻约为800?。若有0.05A的电流通过人体，人就有生命危险。求最低的危险电压(国家规定照明用电的安全电压为36V)。 [解] U?IR?0.05?800?40V

12-3 一用电阻率为?的物质制成的空心半球壳，其内半径为R1、外

半径为R2。试计算其两表面之间的电阻。

R21[解]

12-4 一铜棒的横截面积为 20mm?80mm，长为2m，两端的电势差

R??dR???R??1dr1?????2?4??R1R2?4?r?

7为50mV。已知铜的电导率为??5.7?10Sm，铜内自由电子的电荷密度为

1.36?1010Cm3。求：

习 题 十 六

16-1 圆形的平行板电容器，如图所示，极板半径为R，沿极板轴线的长直导线内通有交变电流，设电荷在极板上均匀分布，且???0sin?t，忽略边缘效应，求： (1)极板间的位移电流密度；

(2)电容器内外距轴线均为 r的点b和点a处的磁感应强度的大小(r

[解] (1)由位移电流密度公式jd??D得 ?tjd??D?E ??0?t?t1??????0sin?t???0?cos?t

?0?t?t??0(2)由H?dl??L??D??j?dS得 ?????t??Sa点处，在极板外侧

?D?0，??j?dS?i ?tSi?dqd??R2????R2??0?cos?t dtdt??所以 B?2?r??0i??0??R2??0?cos?t

?0?cos?t 2rb点处，在极板之间j?0

因此 B??0R2?B?dl??0??LS?D?dS??0??0?cos?t?dS??0?0?cos?t??r2 ?t所以 B?

1r?0?0?cos?t??r2??0?0?cos?t 2?r2dE?5.0?1012 dt16-2 上题中，设R＝10cm，充电时极板间电场强度的变化率为

V?m?s?，求：(1)两极板间的位移电流； (2

杨氏模量

为什么用公式逐差,而不是相邻两项逐差?

用公式逐差可以充分利用实验数据,避免了数据处理上引入的误差;而用相邻两项逐差(N7-N6)+(N6-N5)+…+(N5-N4),会将相邻的N6,N5,N4…消去,最后仅剩下n7-n1.

声速的测定

声速的测量实验前为什么要调整测试系统的谐振频率?怎样调整谐振频率?

因为在谐振频率下可形成驻波,根据驻波的情况可测量声波的波长,再用波长乘以谐振频率就可以获得声速的大小.保持其他条件不变,仅仅改变信号发生器的输出频率,观察接收到得超声波信号幅度,出现极大值时对应的频率就是谐振频率.

声速的测量实验中用逐差法处理数据的优点是什么?还有没有别的合适的方法可处理数据并且计算λ值?

逐差法处理数据的优点是充分利用已获得的实验数据,如数据偏差较大,可及时发现. 物理中一般应用逐差法处理数据,还没有见过什么特殊的方法.

交流电桥

实验中发现检流计总往一边偏,无法调到平衡,有哪些原因? 1.可能因为选择的倍率不对,损坏了检流计

2.可能是电位差计右盘选择的量程不对,没有和被校正表两边的电压相符 3.可能是接线柱的正负电极接错了 分光计

如何判断物与像在同一平面?如果发现十字像在叉丝前方,该怎样调节

习 题 十

10-1 卢瑟福实验证明：两个原子核之间的距离小到10?15m时，它们之间的斥力仍遵守库仑定律。已知金原子核中有79个质子，?粒子中有2个质子，每个质子的带电量为

1.6?10?19?27kg。当?粒子与金原子核相距6.9?10?12m时，试C，?粒子的质量为6.68?10求：(1) ?粒子所受的力；(2) ?粒子的加速度。

[解] (1) ?粒子电量2e，金核电量为79e。?粒子所受的库仑力为

F?14??0q1q2r2?14??02e?79e?6.9?10??122?7.64?10?4N

(2) ?粒子的加速度

a?Fm?7.64?106.68?10?4?27?1.14?1023ms

2

10-2 如图所示，真空中一长为L的均匀带电细直杆，总电量为q，试求在直杆延长线上到杆的一端距离为d的点P的电场强度。

[解] 建立如图所示坐标系ox，在带电直导线上距O点为x处取电荷元dq?14??0qLdx，它在P点产生的电场强度为

Ldq?x?2dPxdE??L?d?14??0qL?L?d?x?2dx

0dx则整个带电直导线在P点产生的电场强度为

E??0L14??0qL?L?dq?x?2dx?14??0qd?L?d?

故E?4?

第十八章 波 动

1、一横波沿绳子传播，其波的表达式为 y?0.05cos(100? t-2? x) (SI) 求: (1) 波的振幅、波速、频率和波长。

(2) 绳子上各质点的最大振动速度和最大振动加速度。 (3) 在x1?0.2m处和x2?0.7m处二质点振动的位相差。 解：（1）y?0.05cos(100? t?2? x)?0.05cos100?( t? 0.02x) ?A?0.05m,? ?100? ?2? ????100?/2??50(HZ) u?50(m?s), (2) v?a??2Y? t2?Y?t?1? ?u??50?1(m)50

??5??15.7(m?s?1) ??0.05?100?sin(100? t?2? ), vmax?0.05?100 22?)?500??4934.8 (m?s?2) ∴ amax?0.05?(100?(3)

-12、一平面简谐波沿ｘ轴正向传播，波的振幅A?10cm，波的圆频率? ?7? rad?s，当t?1.0 s时，x?10cm处的a质点正通过其平衡位置向ｙ轴负方向运动，而x?20cm处的ｂ质点正通过y?5cm点向ｙ轴正方向运动。设该波波长

?? ?2? x2?x1?2?0.7?0

第十一章 磁场与介质的相互作用

1、试用相对磁导率?r表征三种磁介质各自的特性。 解：顺磁质?r >1，抗磁质?r <1，铁磁质?r >>1

2、用细导线均匀密绕成长为l、半径为a (l >> a)、总匝数为N的螺线管，管内充满相对磁导率为?r 的均匀磁介质。若线圈中载有稳恒电流I，求管中任意一点的磁场强度大小。 解：磁场强度大小为H = NI / l．

3、置于磁场中的磁介质，介质表面形成面磁化电流，试问该面磁化电流能否产生楞次─焦耳热？为什么？

答：不能．因为它并不是真正在磁介质表面流动的传导电流，而是由分子电流叠加而成，只是在产生磁场这一点上与传导电流相似。

4、螺绕环上均匀密绕线圈，线圈中通有电流，管内充满相对磁导率为?r＝4200的磁介质．设线圈中的电流在磁介质中产生的磁感强度的大小为B0，磁化电流在磁介质中产生的磁感强度的大小为B'，求B0与B' 之比．

解：对于螺绕环有：B??0?rnI，B0??0nI

B??B?B0?(?r?1)?0nI?(?r?1)B0?

B01??2.38?10?4 B??r?15、把长为1m的细铁棒弯成一个有间隙的圆环，空气间隙宽为0.5mm，在环上绕有800匝线圈，线圈中的电流为

第十八章 波 动

1、一横波沿绳子传播，其波的表达式为 y?0.05cos(100? t-2? x) (SI) 求: (1) 波的振幅、波速、频率和波长。

(2) 绳子上各质点的最大振动速度和最大振动加速度。 (3) 在x1?0.2m处和x2?0.7m处二质点振动的位相差。 解：（1）y?0.05cos(100? t?2? x)?0.05cos100?( t? 0.02x) ?A?0.05m,? ?100? ?2? ????100?/2??50(HZ) u?50(m?s), (2) v?a??2Y? t2?Y?t?1? ?u??50?1(m)50

??5??15.7(m?s?1) ??0.05?100?sin(100? t?2? ), vmax?0.05?100 22?)?500??4934.8 (m?s?2) ∴ amax?0.05?(100?(3)

-12、一平面简谐波沿ｘ轴正向传播，波的振幅A?10cm，波的圆频率? ?7? rad?s，当t?1.0 s时，x?10cm处的a质点正通过其平衡位置向ｙ轴负方向运动，而x?20cm处的ｂ质点正通过y?5cm点向ｙ轴正方向运动。设该波波长

?? ?2? x2?x1?2?0.7?0