大學(xué)物理2習(xí)題答案

1、2012-11-261大學(xué)物理2習(xí)題答案2012-11-262大學(xué)物理2習(xí)題答案第第11章章 恒定電流的磁場(chǎng)恒定電流的磁場(chǎng)（1）有兩條長(zhǎng)直導(dǎo)線各載有有兩條長(zhǎng)直導(dǎo)線各載有5A的電流，分別沿的電流，分別沿x、y軸正軸正向流動(dòng)。在向流動(dòng)。在 (40,20,0)cm處的處的 是是 。Byz(40,20,0)cmoI1I2x沿沿x、y軸正向流動(dòng)的電流分別用軸正向流動(dòng)的電流分別用I1和和I2表示。表示。視兩長(zhǎng)直導(dǎo)線為無限長(zhǎng)。視兩長(zhǎng)直導(dǎo)線為無限長(zhǎng)。則則I1和和I2在在P點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度分別為點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度分別為0112 IBky 0222 IBkx 0102012222 I I IB = BBkk =

2、k =kyxyx -611-(-)2.5 10 T2012-11-263大學(xué)物理2習(xí)題答案（2）半徑為半徑為a1的圓形載流線圈與邊長(zhǎng)為的圓形載流線圈與邊長(zhǎng)為a2的方形載流線圈，的方形載流線圈，通有相同的電流，若兩線圈中心通有相同的電流，若兩線圈中心O1和和O2的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相同，則半徑與邊長(zhǎng)之比相同，則半徑與邊長(zhǎng)之比a1:a2為為 .a1O1a2 O2a2/2圓形載流線圈在其圓心圓形載流線圈在其圓心O1處的處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為磁感應(yīng)強(qiáng)度為01 IBa12 方形載流線圈每個(gè)邊的電流在中心方形載流線圈每個(gè)邊的電流在中心O2點(diǎn)處產(chǎn)點(diǎn)處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度，生的磁感應(yīng)強(qiáng)度，等大同等大同向，所

3、以向，所以000212223224(coscos)4(coscos)144442IIIBaaa00122 22IIaa8221aa12=BBD2012-11-264大學(xué)物理2習(xí)題答案（3）無限長(zhǎng)空心圓柱導(dǎo)體的內(nèi)、外半徑分別為無限長(zhǎng)空心圓柱導(dǎo)體的內(nèi)、外半徑分別為 和和b，電，電流在導(dǎo)體截面上均勻分布，則在空間各處流在導(dǎo)體截面上均勻分布，則在空間各處B的大小與場(chǎng)點(diǎn)的大小與場(chǎng)點(diǎn)到圓柱中心軸線的距離到圓柱中心軸線的距離r 的關(guān)系，定性地分析為的關(guān)系，定性地分析為 . 載流體為無限長(zhǎng)空心圓柱導(dǎo)載流體為無限長(zhǎng)空心圓柱導(dǎo)體，安培環(huán)路定理體，安培環(huán)路定理內(nèi)iLIl dB0 沿以空心圓柱導(dǎo)體的軸線為中沿以空心圓

4、柱導(dǎo)體的軸線為中心，以心，以 r 為半徑的圓作為積分路為半徑的圓作為積分路徑，得徑，得 00oaB =,B =B答案為答案為B.2012-11-265大學(xué)物理2習(xí)題答案 (5)如圖所示如圖所示,一細(xì)螺繞環(huán)，它由表面絕緣的導(dǎo)線在鐵環(huán)上密繞而一細(xì)螺繞環(huán)，它由表面絕緣的導(dǎo)線在鐵環(huán)上密繞而成，每厘米繞成，每厘米繞10匝匝，當(dāng)導(dǎo)線中的電流，當(dāng)導(dǎo)線中的電流 I 為為2.0A時(shí)，測(cè)得鐵環(huán)內(nèi)的時(shí)，測(cè)得鐵環(huán)內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為1.0T。則可求得鐵環(huán)的相對(duì)磁導(dǎo)率為。則可求得鐵環(huán)的相對(duì)磁導(dǎo)率為 LH dlI( (內(nèi)內(nèi)) )以螺繞環(huán)的環(huán)心為圓心，以環(huán)的平均半以螺繞環(huán)的環(huán)心為圓心，以環(huán)的平均半徑徑r

5、 為半徑的圓周為積分路徑，為半徑的圓周為積分路徑，根據(jù)磁介質(zhì)根據(jù)磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理中的安培環(huán)路定理22HrNInrI得得/210/cm1000/mnNr 匝匝匝匝00rrBHnI r0B nI2-71.03.98 104101000 2.0 HnIB2012-11-266大學(xué)物理2習(xí)題答案 根據(jù)磁場(chǎng)作用于載流線圈的磁力矩公式根據(jù)磁場(chǎng)作用于載流線圈的磁力矩公式mMpB其中其中mpISn= =BimpBM(6) 載流載流I 的方形線框，處在勻強(qiáng)磁場(chǎng)的方形線框，處在勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中，如圖所示，線中，如圖所示，線框受到的磁力矩是框受到的磁力矩是 .正法線方向垂直向外，磁場(chǎng)的方向水平正法線方向垂直向外，

6、磁場(chǎng)的方向水平向右，那么磁力矩向右，那么磁力矩 M 的方向豎直向上。的方向豎直向上。m的的方方向向與與 的的方方向向相相同同, , 的的方方向向是是載載流流線線圈圈的的正正法法線線方方向向( (由由右右手手螺螺旋旋法法則則確確定定) )pnnA2012-11-267大學(xué)物理2習(xí)題答案(1) 在同一平面內(nèi)有兩條互相垂直的導(dǎo)線在同一平面內(nèi)有兩條互相垂直的導(dǎo)線 L1和和L2，L1為無限為無限長(zhǎng)直導(dǎo)線，長(zhǎng)直導(dǎo)線，L2是長(zhǎng)為是長(zhǎng)為2a的直導(dǎo)線，二者相對(duì)位置如圖。若的直導(dǎo)線，二者相對(duì)位置如圖。若L1和和L2同時(shí)通以電流同時(shí)通以電流 I，那么作用在，那么作用在L2上的力對(duì)于上的力對(duì)于O點(diǎn)的磁力點(diǎn)的磁力矩為矩

7、為 。建立建立坐標(biāo)系坐標(biāo)系如圖。如圖。OIL2aa2aIL1在距直導(dǎo)線在距直導(dǎo)線L1為為x 遠(yuǎn)處取電流元遠(yuǎn)處取電流元Idl，F(xiàn)I lBdd 方向方向ddMrF該力對(duì)該力對(duì)O點(diǎn)的磁力矩為點(diǎn)的磁力矩為 xxI ld d 其在其在L1產(chǎn)生產(chǎn)生的磁場(chǎng)中受到的力為的磁場(chǎng)中受到的力為 2IIaMrIB x =a - x Ix =-xxx0 00 04dd(4)d(1)d22 2012-11-268大學(xué)物理2習(xí)題答案(2) 矩形截面的螺繞環(huán)尺寸見圖，則在截面中點(diǎn)處的磁感應(yīng)矩形截面的螺繞環(huán)尺寸見圖，則在截面中點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為強(qiáng)度為 ；通過截面；通過截面S 的磁通量為的磁通量為 。 沿以環(huán)心為圓心，以沿以環(huán)心

8、為圓心，以r 為半徑的圓周為半徑的圓周為積分路徑，應(yīng)用安培環(huán)路定理為積分路徑，應(yīng)用安培環(huán)路定理0d2LBlBrNI02NIBr121()2rDD對(duì)對(duì)于于截截面面中中點(diǎn)點(diǎn)處處，drdS=hdrhS12/200/210012211ddd22lnln22DSSDNINIBSSh rrrDNIhNIhDrDD通過截面通過截面S的磁通量為的磁通量為2012-11-269大學(xué)物理2習(xí)題答案(5) 如圖，一個(gè)載流線圈繞組中通有電流如圖，一個(gè)載流線圈繞組中通有電流 I =3A，分別寫出，分別寫出1234d ;d ;d ;d . LLLLHlHlHlHl根據(jù)磁介質(zhì)中的環(huán)路定理根據(jù)磁介質(zhì)中的環(huán)路定理dLHlI內(nèi)內(nèi)

9、有有d3ALHlNII其其中中，1234d3618A;d3927A;d3 1339A;d3A.LLLLHlHlHlHl所以有所以有2012-11-2610大學(xué)物理2習(xí)題答案(6) 圖中所示的是一塊半導(dǎo)體樣品，其體積是圖中所示的是一塊半導(dǎo)體樣品，其體積是abc。沿。沿x方方向通有電流向通有電流I，在，在z方向有均勻磁場(chǎng)方向有均勻磁場(chǎng)B。實(shí)驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)是：。實(shí)驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)是：a=0.10cm，b=0.35cm，c=1.0cm，I=1.0mA，B=0.3T，兩側(cè)電，兩側(cè)電壓壓UAA=6.65mV。該半導(dǎo)體樣品載流子濃度是。該半導(dǎo)體樣品載流子濃度是 ，是正電，是正電荷導(dǎo)電荷導(dǎo)電(p)型還是負(fù)電荷導(dǎo)電型

10、還是負(fù)電荷導(dǎo)電(n)型型 。 已知磁場(chǎng)方向沿已知磁場(chǎng)方向沿z軸正向、電流方軸正向、電流方向沿向沿x軸正向。軸正向。 若載流子為負(fù)電荷，那么負(fù)電荷若載流子為負(fù)電荷，那么負(fù)電荷沿沿 軸負(fù)向軸負(fù)向(與電流方向相反與電流方向相反)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)，受到的洛侖茲力方向也沿受到的洛侖茲力方向也沿 軸負(fù)向，軸負(fù)向，A 側(cè)積聚負(fù)電荷，即側(cè)積聚負(fù)電荷，即.2012-11-2611大學(xué)物理2習(xí)題答案 若載流子為正電荷若載流子為正電荷( (空穴空穴) )，那么正電荷沿，那么正電荷沿 x 軸正向運(yùn)動(dòng)，受軸正向運(yùn)動(dòng)，受到的洛侖茲力方向沿到的洛侖茲力方向沿 y 軸負(fù)向，軸負(fù)向，A側(cè)積聚正電荷，即側(cè)積聚正電荷，即0。所以為所以為

11、.已知已知AAU-36.55mV6.55 10 V0 根據(jù)霍爾電勢(shì)差公式根據(jù)霍爾電勢(shì)差公式AAIBUnqd可以得到載流子的濃度為可以得到載流子的濃度為331931.0 10 A 0.3T6.55 10 V 1.6 10C 1 10 mAAAAIBIBnUqdUqa 2032.8610/ m個(gè)個(gè)2012-11-2612大學(xué)物理2習(xí)題答案 可以把無限長(zhǎng)直導(dǎo)線分為三可以把無限長(zhǎng)直導(dǎo)線分為三部分，兩側(cè)的半無限長(zhǎng)直導(dǎo)線部分，兩側(cè)的半無限長(zhǎng)直導(dǎo)線和中間的圓弧。它們?cè)诤椭虚g的圓弧。它們?cè)贠點(diǎn)產(chǎn)生點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度均為垂直向里。的磁感應(yīng)強(qiáng)度均為垂直向里。(1) 半無限長(zhǎng)直導(dǎo)線在半無限長(zhǎng)直導(dǎo)線在O點(diǎn)的點(diǎn)的B直直

12、的大小的大小。由。由012(coscos)4IBa左側(cè)半無限長(zhǎng)直導(dǎo)線左側(cè)半無限長(zhǎng)直導(dǎo)線12cos,0,36ar右側(cè)半無限長(zhǎng)直導(dǎo)線右側(cè)半無限長(zhǎng)直導(dǎo)線125cos,36ar 11.4 將一無限長(zhǎng)直導(dǎo)線彎成圖示的形狀，其上載有電流將一無限長(zhǎng)直導(dǎo)線彎成圖示的形狀，其上載有電流 I，計(jì)，計(jì)算圓心算圓心O點(diǎn)處點(diǎn)處B的大小。的大小。2012-11-2613大學(xué)物理2習(xí)題答案001021200(coscos)(coscos)445(cos0cos)(coscos )664cos4cos333(1)2IBBBIarIIrraI右右直直左左000234462,3IIIBRRrRr弧弧其其 中中 ，(2) 圓弧載流

13、導(dǎo)線在圓弧載流導(dǎo)線在O點(diǎn)的點(diǎn)的B弧弧0003(1)0.2126IIIrrr弧弧直直BBB(3) O點(diǎn)處點(diǎn)處B的的大小為大小為2012-11-2614大學(xué)物理2習(xí)題答案11.9 電纜由導(dǎo)體圓柱和一同軸的導(dǎo)體圓筒構(gòu)成，使用時(shí)電流電纜由導(dǎo)體圓柱和一同軸的導(dǎo)體圓筒構(gòu)成，使用時(shí)電流I從導(dǎo)體流出，從另一導(dǎo)體流回，電流均勻分布在橫截面上，如從導(dǎo)體流出，從另一導(dǎo)體流回，電流均勻分布在橫截面上，如圖所示。設(shè)圓柱體的半徑為圖所示。設(shè)圓柱體的半徑為r1，圓筒的內(nèi)、外半徑分別為，圓筒的內(nèi)、外半徑分別為r2、r3，若場(chǎng)點(diǎn)到軸線的距離為，若場(chǎng)點(diǎn)到軸線的距離為r，求，求r從從0到無窮大范圍內(nèi)各處的磁到無窮大范圍內(nèi)各處的磁感

14、應(yīng)強(qiáng)度的大小。感應(yīng)強(qiáng)度的大小。沿以導(dǎo)線的軸線為心，半徑沿以導(dǎo)線的軸線為心，半徑 r 的圓周為積分路徑，根據(jù)的圓周為積分路徑，根據(jù)安培環(huán)路定理安培環(huán)路定理0dLBlI內(nèi)內(nèi)(1) 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)，1rr02021d2LIBlBrrr 0212IrBr1r2r3rIII2012-11-2615大學(xué)物理2習(xí)題答案(2) 當(dāng)當(dāng) 時(shí)時(shí)12r r r02LB dlBrI 02IBr(3) 當(dāng)當(dāng) 時(shí)時(shí)23r r r0I =0B1r2r3r積分路徑內(nèi)的電流為零，即積分路徑內(nèi)的電流為零，即III2012-11-2616大學(xué)物理2習(xí)題答案 (1) 已知載流線圈所受到的力矩為已知載流線圈所受到的力矩為m22sinsin

15、sin7.85 10 N m22Mp BIBSRIB-15.0 10 T 半徑為半徑為R=0.10m的半圓形閉合線圈，載有電流的半圓形閉合線圈，載有電流I=10A,置置于均勻的外磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向與線圈平面平行，于均勻的外磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向與線圈平面平行，B的大小是的大小是 。求求 (1) 線圈所受的力矩；線圈所受的力矩；(2) 在力矩的作用下，在力矩的作用下，線圈轉(zhuǎn)過線圈轉(zhuǎn)過90時(shí)，力矩做的功是多少？時(shí)，力矩做的功是多少？MpBm (2) 力矩做的功為力矩做的功為21/220dsin d7.85 10 JAMIBS 2012-11-2617大學(xué)物理2習(xí)題答案1) 根據(jù)磁介質(zhì)內(nèi)的安培環(huán)路定理根據(jù)磁

16、介質(zhì)內(nèi)的安培環(huán)路定理iLH dlI內(nèi)內(nèi)以細(xì)環(huán)的環(huán)心為中心以細(xì)環(huán)的環(huán)心為中心, r為為半徑半徑 (在細(xì)環(huán)內(nèi)在細(xì)環(huán)內(nèi))的圓周為積分路徑得的圓周為積分路徑得22NHrNIHInIr11.24 將磁導(dǎo)率為將磁導(dǎo)率為 的鐵磁質(zhì)做成一個(gè)細(xì)的鐵磁質(zhì)做成一個(gè)細(xì)圓環(huán)，環(huán)上密繞線圈，單位長(zhǎng)度匝數(shù)圓環(huán)，環(huán)上密繞線圈，單位長(zhǎng)度匝數(shù) ，形成有鐵芯的，形成有鐵芯的螺繞環(huán)。當(dāng)線圈中電流螺繞環(huán)。當(dāng)線圈中電流 I=4A 時(shí)，試計(jì)算時(shí)，試計(jì)算 (1) 環(huán)內(nèi)環(huán)內(nèi)B、H的大??；的大小；-450 10 Wb/(A m) n = 500所以所以343500 42 10 A/m50 102 1010THnIBH 2012-11-2618大

17、學(xué)物理2習(xí)題答案解解: (1) 沿以螺繞環(huán)心為中心，以沿以螺繞環(huán)心為中心，以r (在螺繞環(huán)的細(xì)環(huán)內(nèi)在螺繞環(huán)的細(xì)環(huán)內(nèi))為半為半徑的圓周為積分路徑，應(yīng)用磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理有徑的圓周為積分路徑，應(yīng)用磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理有2LH dlHrNI得到管內(nèi)的得到管內(nèi)的H和和B200 0.1200A/m20.1NIHr那么有那么有74004102002.51 10 TBH(2) 若管內(nèi)充滿磁介質(zhì)若管內(nèi)充滿磁介質(zhì)，則管內(nèi)的，則管內(nèi)的B為為4004200 2.51 101.05TrrBHHB 11.25 螺繞環(huán)平均周長(zhǎng)螺繞環(huán)平均周長(zhǎng) ，環(huán)上線圈，環(huán)上線圈 匝匝,線圈中電線圈中電流流 。試求：。試求： (1)

18、 管內(nèi)管內(nèi)B和和H的大?。坏拇笮。?(2) 若管內(nèi)充滿相若管內(nèi)充滿相對(duì)磁導(dǎo)率對(duì)磁導(dǎo)率 的磁介質(zhì)，管內(nèi)的磁介質(zhì)，管內(nèi)B的大小。的大小。10cml 200N 100mAI 4200r2012-11-2619大學(xué)物理2習(xí)題答案(1) Ek和和E分別是電源中的非靜電場(chǎng)和靜電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)，分別是電源中的非靜電場(chǎng)和靜電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)，rI為內(nèi)阻為內(nèi)阻上的電勢(shì)降落，取從電源負(fù)極經(jīng)電源內(nèi)部到正極為積分路徑，上的電勢(shì)降落，取從電源負(fù)極經(jīng)電源內(nèi)部到正極為積分路徑，則則;(). ; kkEdlE dlEEdl 根據(jù)電源電動(dòng)勢(shì)的定義：根據(jù)電源電動(dòng)勢(shì)的定義：()ikEdl電電源源內(nèi)內(nèi) 積分路徑是從電源的負(fù)積分路徑是從電源的負(fù)極經(jīng)

19、電源內(nèi)部到的正極，所極經(jīng)電源內(nèi)部到的正極，所以第一個(gè)積分為電源的電動(dòng)以第一個(gè)積分為電源的電動(dòng)勢(shì)。勢(shì)。()Edl電電源源內(nèi)內(nèi)為電源內(nèi)部電源兩極間的電勢(shì)差，即路端電為電源內(nèi)部電源兩極間的電勢(shì)差，即路端電壓壓 ，它降低的方向與電動(dòng)勢(shì)升高的方向相同。，它降低的方向與電動(dòng)勢(shì)升高的方向相同。所以二者的差，就是電源內(nèi)阻上的電勢(shì)降所以二者的差，就是電源內(nèi)阻上的電勢(shì)降UrI第第12章章 電磁感應(yīng)與電磁場(chǎng)電磁感應(yīng)與電磁場(chǎng)2012-11-2620大學(xué)物理2習(xí)題答案 閉合回路在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)軸閉合回路在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)軸與磁場(chǎng)平行，所圍面積內(nèi)的磁通量不變，與磁場(chǎng)平行，所圍面積內(nèi)的磁通量不變，所以回路中電動(dòng)勢(shì)等于所以回路中電動(dòng)勢(shì)等于0。根據(jù)動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)根據(jù)動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)d() dbbikaaElv Bl2001d|2lllB lBl 212Bl(1) 把一根導(dǎo)線彎成平面曲線放在均勻磁場(chǎng)把一根導(dǎo)線彎成平面曲線放在均勻磁場(chǎng)B 中，繞其一端中，繞其一端 a 以以角速度角速度 逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)軸與逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)軸與B 平行，如圖所示。則整個(gè)回平行，如圖所示。則整個(gè)回路電動(dòng)勢(shì)為路電動(dòng)勢(shì)為 ，ab兩端的電動(dòng)勢(shì)兩端的電動(dòng)勢(shì)大小大小為為 ， a點(diǎn)的電動(dòng)點(diǎn)的電動(dòng)勢(shì)比勢(shì)比b點(diǎn)的電動(dòng)勢(shì)點(diǎn)的電動(dòng)勢(shì) 。022Bl /高高baBdlli方向方向b a 2012-11-2621大學(xué)物理2習(xí)題答案如圖所示，