电磁学(赵凯华_陈熙谋_)__第二版_课后答案

第一章1.1.1.真空中两个点电荷qq111.01.0=1.0=1.0���101010101-10-0-10库仑，qqqq22===1.0=1.0��101010-10-10库仑，相距100毫米，求qq11受的力。解：依库仑定律，1q1q1受力大小为：其方向由q1q1指向q2q2。23111092021)10100(100.1100.1100.94−−−××××××==rqqFπε10100.9−×=)(N)(N)电磁学习题解答2.2.真空中两个点电荷qqq与QQ，相距5.05.05.0毫米，吸引力为404040达因。已知q=q=q=1.2q=1.2�10101066-6-6库仑，求QQQQ。解：依库仑定律：()623124102.1100.51085.814.34100.4−−−−××××××××−=13103.9−×−=qrFQ204πε•=204rqQFπε=（库仑）3.3.为了得到一库仑电量大小的概念，试计算两个都是一库仑的点电荷在真空中相距一米时的相互作用力和相距一千米时的相互作用力。解：间距为11米时的作用力：间距为10001000米时的作用力：)(100.9111100.94929210211NrqqF×=×××==πε)(100.9100011100.94329220212NrqqF×=×××==πε4.4.4.氢原子由一个质子（即氢原子核）和一个电子组成。根据经典模型，在正常状态下，电子绕核作圆周运动，轨道半径是5.295.29���1010-11-11米。已知质子质量M=1.67M1.67M=1.67M=1.67���1010101022-27-27千克，电子质量9.11mm=9.11���10103-1-31千克，电荷分别为±1.1.60��109-19库，万有引力常数==G=6.67G=6.67��1010-1-11-11牛顿米22//千克22。（1111）求电子所受的库仑力；（2）库仑力是万有引力的多少倍？（3）求电子的速度。解：电子受的库仑力大小为：)(1023.8)1029.5()106.1(100.94821121992021NrqqFe−−−×=××××==πε)))((...)))..((((.......NNrrrrmMmMGGFFFF472112731112106331029510671101910676−−−−−−−−−−−−××====××××××××××××××××××××=======电子的万有引力大小为：394781027.21063.31023.8×=××=−−FFe（倍）5.5.5.卢瑟福实验证明：当两个原子核之间的距离小到1010101-15米时，他们之间的排斥引力仍遵守库仑定律。金的原子核中有797979个质子，氦的原子核（即α粒子）中有2222个质子。已知每个质子带电e1.60e=1.60e=1.60����1010101--19库，α粒子的质量为6.686.68����101010-7-27千克。当α粒子与金核相距为6.96.9���1010-5-15-15米时（设这时它们都仍可当作点电荷），求（11）α粒子所受的力；（22）α粒子的加速度。解：（1111）从上题中得知：α粒子受的万有引力可以忽略，它受的库仑力为：（2）α粒子的加速度为：)(1084.7)109.6()106.12()106.179(100.9422152191992021NrqqF×=××××××××==−−−πε)/(1017.11068.61084.7229272smmFa×=××==−6.6.6.铁原子核里两质子间相距4.04.04.0��1010101--15米，每个质子带电e=1.=e=1.60e=1.60�10109-19-19库，（111）求它们之间的库仑力；（2222）比较这力与每个质子所受重力的大小。解：（11）它们之间的库仑力大小为：（22）质子的重力为：故：（倍）)(5.14)1009.4()106.1(100.942152199202NreF=××××==−−πε)(1064.18.9106.12627NmgP−−×=××==26261082.81064.15.14×=×=−PF7.7.7.两个点电荷带电2q2q和qqq，相距lll，第三个点电荷放在何处所受的合力为零？解：依题意作如右图所示，qqqq0受2q2q2q2q和qqqq的库仑力相等。20020)(44)2(xlqqxqq−=πεπεxlx−=12xxl=−22lx2)21(=+()llx122122−=+=xxx-x-l-xl-x8.8.8.三个相同的点电荷放置在等边三角形的各顶点上。在此三角形的中心应放置怎样的电荷，才能使作用在每一点电荷上的合力为零？解：设三个电荷相等为q，三边边长为aa，其中心到三顶点距离为，此处置于电荷qqq000，则：2000202)33(4||30cos42aqqaqπεπε=×3223×a20243223aaqqqqaaqqqq||||||||==××××330qqqqqq====||||||330qqqqqq−−−−===9.9.9.电量都是QQQ的两个点电荷相距为lll，连线中点为OOO；有另一点电荷qqqq，在连线的中垂面上距OOOO为xxx处。(1)(1)求qqqq受的力；（22）若qqqq开始时是静止的，然后让它自己运动，它将如何运动？分别就qq与QQ同号和异号情况加以讨论。解：（11）qq受的库仑力为：((2)(2)若QQQQ与qqq同号，qq向上运动；若QQ与qqqq异号，qqqq以oooo为中心作往复运动。2/3220222220)4/(24/)4/(42lhqQhlhhlhqQF+=++×=πεπεQQQhhhhlloooooqQQQoooooF（NNNN）10.10.10.两个小球质量都是mmm，都用长为lll的细线挂在同一点；若它们带上相同的电量，平衡时两线夹角为2222θ（见附图）。设小球的半径都可以略去不计，求每个小球上的电量。解：依题意可知，q受三个力处于平衡：写成分量形式：0=++gmTF⎪⎪⎩⎩⎩⎪⎪⎨⎨⎨⎧⎧⎧⎧====20224)))snnsinsin((sinsisinsincsccoscosααααπεπεπεπεααααααllllqqqqTTTTmgmgmgmgTTTT＝20224)))sisinnsin(((tanntantanαααπεπεπεααααlllgmgmgqq====αααπεπεπεπεαααtatatantaninnsinsinmggmgmgllllqqqq042±±±±====αqqqqqqqqllllllα1.1.1.在地球表面上某处电子受到的电场力与它本身的总量相等，求该处的电场强度（已知电子质量9.19.1��1010－3131千克，电荷为e=-1.60=1.60-e=-1.60-e=-1.60����10101010-9-9-19-19库）。解：若此处的电场为EE，则()米伏/106.5106.18.9101.9111931−−−×=×××==qmgE2.2.电子说带的电荷量（基本电荷-e-e）最先是由密立根通过油滴试验测的。密立根设计的试验装置如附图所示。一个很小的带电油滴在电场EEEE内。调节EEEE，使作用在油滴上的电场力与油滴的总量平衡。如果油滴的半径为1.641.64���1010－44厘米，在平衡时，EE＝1.921.921.92��1101055牛顿////库仑。求油滴上的电荷（已知油的密度为0.8510.8510.8510.851克/厘米33）。解：设油滴带电量为q，有电场力格重力平衡条件：qqE＝mgmg得：EgkEmgqρπ×==33/4563361092.18.91010851.0)1064.1(14.33/4××××××××=−−()库仑191002.8−×=喷雾器油滴显微镜电池组EE+++--3.3.3.在早期（1911191119111911年）的一连串实验中，密立根在不同的时刻观察单个油滴上呈现的电荷，其测量结果（绝对值）如下：6.5866.586��110－119库仑13.1313.13���1010－1919库仑19.7119.71����1010－919库仑8.2048.204��110－119库仑16.4816.48���1010－1919库仑22.8922.89����1010－919库仑11.5011.5011.50��10110－119库仑18.0818.0818.08���101010－1919库仑26.1326.1326.13����101010－919库仑根据这些数据，可以推得基本电荷eee的数值为多少？解：把上下，自左向右每两组数相减得：1.6361.6361.636��11010-19-193.2963.2963.296���1010-19-191.631.631.631.63���10101010-1-199-193.183.3.183.18��1010101-19-193.243.24���1010-9-19-193.353.353.353.35���101010101-19-191.601.601.601.60���101010101-19--191.631.631.631.63���101010101-19-9-19其中以1.61.61.61.6���1010－1919作为一个基本数据，上面的总数为12121212个基本数据。故：库仑）(((...)).............((1919106301121024318363160135363129636391−−−××===×++++++++++++4.4.4.根据经典理论，在正常状态下，氢原子绕核作圆周运动，其轨道半径为5.29105.29105.29105.2910-11-11米。已知质子电荷为eeee＝1.60101.6010－91919库，求电子所在处原子核（即质子）的电场强度。解：电子所在处的原子核（即质子）的电场由：(((())))库仑米或牛顿伏）/////.......(((.......112101992010145105290106110094×××===×××××××======−−−−rrrrqqqqEEEπππεπε5.5.5.两个点电荷，qqq111＝＋8.08.0微库仑，qqq222-16.0=-16.0==-16.0微库仑（11微库仑＝10101010－66库仑），相距2020厘米。求离它们都是20202020厘米处的电场强度EEEE。解：依题意，作如图所示：qqq1120c20cmoooqqq222oooooooErrr22rrrr11yyxx3100960606020121××××××−−==++++===++===..sinsisinsinsiisinsinEEEEEEEEEEEEEEEEEEyyyyyyy6020121220222101110702606044××××====++===++++========....cosocoscosocoscosEEEEEEEEEEEEEEErrqqErqEEyyyyπεπεεπε((())))米伏//.6221013××=+==yxEEEEE055113010391027===××××××==−−−−−tantantantantantantanxxyyEEEEE＝方向θθ6.6.6.如附图所示，一电偶极子的电偶极矩p==p=qqlql，PPP点到偶极子中心的距离为rrrr，rrrr与ll的夹角微θ。在rr》lll时，求PPPP点的电场强度EE在rrrr＝PPOPOP方向的分量EEEEr和垂直于rrrr方向上的分量EEEEθ。解：把pp＝ql分解为：ppθ＝psnpsinθ，ppr＝pospcosθ,,由电偶极子在延长线，垂直平分线公式得：20204242rrrrpppprrrppppEEErrrrrrεεπεπεθθθπεππεπεoocoscos======202044rrrrppprrrrpppEπ