U(r)=q1/4πε0r+q2/4πε0r
例题:
A,C分别放置q,-q的点电荷,求B点的电场强度
例:
A和C分别放置了q和2q电荷,求B点的电势
P91:
3.2,P95:
例题3.4,P98:
例题3.7,P102:
例题3.8,P103:
例题3.10,P106:
3.19,
3.2真空中的直角坐标系上有三点A(x1;0)、B(0;y2)及C(0;0),在A点放置点电荷q1,B点放置点电荷q2,问C点处的场强大小为1/4πε0√q1^2/x1^4+q2^2/y2^4
3.8设空间有一静止的点电荷q,在其周围激发电场。
计算与q点相距r的p点的电势。
解:
以点电荷q为坐标原点,取无穷远为参考点,即无穷远处电势为零。
选择从p点沿着半径到达无穷远处的直线微积分路径,在这条路径上任取一线元dL,设它到点电荷的距离为L,方向和er;的方向一致。
U=∫p-∞E·dL=∫r-∞qer/4πε0l^2·dlerL=∫r-∞qer/4πε0l^2dl
积分得U=q/4πε0r
3.10平面坐标系xy中,三个点电荷q1=4*10^-9C=4nCq2=-3nCq3=5Nc,分别位于(4cm,0)(0,3cm)(4cm,3cm),若将一个试探电荷q0=10^-2C从坐标原点o移动至无穷远处,电场力做功多大?
解:
由电势的叠加原理得,U0=q1/4πε0r1+q2/4πε0r2+q3/4πε0r3
=1/4πε0(q1/r1+q2/r2+q3/r3)
三个电荷到原点距离:
r1=0.04mr2=0.03mr3=√0.04^2+0.03^2m=0.05m
代入数据计算得:
U0=9*10^2V
将试探电荷移动至无穷远,电场力做功:
W0-∞=q0U0-∞=q0(U0-U∞)=q0U0=9J
3.19判定正误:
(1)电场强度相等的位置电势相等;........................[X_]
(2)同一个等势面上的电场强度大小相等;.....................[X_]
(3)某区域内电势为常量,则该区域内电场强度为零;__________________[✓]
(4)电势梯度大的位置电场强度大;______________________________[✓]
(5)电场线与等势面必然正交.________________________________[✓]
第四章:
稳恒磁场
掌握几种常见的形状的电流导线在空间中产生的磁场,会用右手螺旋定理判断方向。
掌握无限长电流导线在空间产生的磁场大小公式,圆形电流在中心所产生磁场大小。
掌握安培环路定理。
洛仑磁力:
任意形状的通电导线在均匀磁场所受到的磁场力大小。
例题,o点磁场强度大小为多少?
例题:
计算圆形电流在均匀磁场B中所受的安培力。
P126:
4.2,P137:
4.11,P138:
例题4.7,P146:
4.1
4.2无限长的直导线载有电流I,距离导线x处的磁感应强度大小为μ0I/2πx;沿着直线运动的电荷,其运动的正前方的磁感应强度大小为0
4.11判断正误:
(1)均匀磁场不会改变带电粒子的速率;___________________________[✓]
(2)非均匀磁场的洛仑兹力能够对运动电荷做正功;..................[X]
(3)受到洛仑兹力后,带电粒子的动能和动量都不变................[X]
4.7无限长直线电流I1和长为L的电流I2共面且垂直放置,相距为a,求电流I2受到I1的磁场力。
解:
如图在坐标x处取电流元I2dl=I2dxi.电流I1在x处产生的磁感应强度大小为
B=μ0I1/2πx
磁场方向垂直于纸面向内。
故电流元I2dl所受的磁场力大小为
dF=I2dl·B=μ0I1I2/2πx·dx
力的方向垂直于I2向上。
因为各电流元受力方向相同,所以I2受到的磁场力合力为
F=∫a--a+Lμ0I1I2/2πx·dx=μ0I1I2/2πx·lna+L/a
4.1如下图所示,几种载流导线在平面内分布,电流均为I,它们在O点的磁感应强度各为多少?
I
(a)解答:
B=μ0I/8R-μ0I/4πR
(b)解答:
B=μ0I/4R-μ0I/2πR
(c)解答:
B=μ0I/2R-μ0I/2πR
第五章:
时变电磁场
掌握电磁感应现象,感应电流产生的条件,法拉第电磁感应定律。
会计算任意形状的导体在均匀磁场中切割磁感线所产生的电动势。
掌握动生电动势公式,并能判断电动势的方向和电势的高低。
P153:
5.1,P1,56:
例题5.4,P169:
5.2
5.1如下图所示,导线回路L的形状不变,而其位置正在发生移动.根据楞次定律判定各回路中是否有感应电流;若有,请用箭头标记其环绕方向.
5.4如图,无限长直线电流I旁边共面放置了一条长度为l的一根细铜棒,以速度v垂直向上运动。
计算铜棒上的电动势
解:
铜棒的不同部位,磁场大小是不同的,在铜棒上选取一小段dx,
dε=∣(V*B)·dl∣=Bvdx=μ0I/2πx·vdx
整个铜棒的总电动势大小为ε=∫a--a+Lμ0I/2πx·vdx=μ0Iv/2π·lna+L/a
5.2如图所示,无限长直线电流I旁边共面放置一个矩形导线框,其尺寸如图.若电流I恒定不变,导线框以速率v远离直线电流(dl=dt=v),计算在当前位置时导线框内的总电动势.
解答:
解法一:
将导线框切割为向下⽅向的细长矩形⾯积元,⾯积元距离直线电流r,其⾯积为dS=adr,则矩形线框的总磁通量为
Φ=∫l-l+bB·dS=∫l-l+bμ0I/2πr·adr=μ0Ia/2π·[ln(l+b)-lnl]
在上式中,距离l是时间的函数,
ε=-dΦ/dt=-dΦ/dl·dl/dt=μ0Ia/2π·[v/l-v/l+b]=μ0Ia/2π·bv/l(l+b)
⽅向为顺时针环绕.
解法二:
导线框中只有最左边和最右边切割磁场线.左边切割磁场线产⽣的电动势垂直向上,顺时针环绕,ε1=Bav=μ0I/2πl·av
右边切割磁场线产⽣的电动势垂直向上,逆时针环绕,
ε2=Bav=μ0I/2π(l+b)·av
总电动势ε=ε1-ε2
例,计算CD棒所产生的电动势。
第六章:
振动和波动
掌握简谐振动运动学方程。
掌握旋转矢量方法。
掌握两个同频率同方向的振动的合成。
P200:
6.12,6.13,6.18,P218:
6.1,6.2,6.4,P219:
6.11
6.12一列横波的波函数为y=0:
05cos(10πt4πx)SI,则频率f=5Hz,波长λ=0:
5m,波速c=2:
5m=s,座标x=2m的质点在t=1s的相位等于2πrad
6.13空气中的声速约u=330m=s,声音频率f=1000Hz,则波长λ=0:
33m;若水中的声波波长λ=1:
5m,周期T=1ms,则水声波速c=1500m=s
6.18判定正误:
(1)流体中不可以传播横波;________________________________[✓]
(2)固体中不可以传播纵波;..........................[X]
(3)空气中的声波是纵波;__________________________________[✓]
(4)水面波是横波;..............................[X]
(5)介质的速度与波的速度是两个不同的物理量;____________________[✓]
(6)介质能够随着波动一起向远方传送;....................[X]
(7)波的传播速度由介质决定;_______________________________[✓]
6.1一个质点沿着x轴做简谐振动,其角频率ω=10rad=s,初始位移x0=7:
5cm,初始速度v0=
75cm=s.请写出它的振动方程.
解答:
令振动⽅程为x=Acos(ωt+φ0),其中A;φ0为待定常量.根据初始条件得
x0=Acos(φ0)=7.5
(1)
v0=dx/dt∣t=0=-ωAsin(φ0)=75
(2)
上述两式联⽴得振幅A=√x0^2+(v0/ω)^2=15√2=10:
6cm
初相位φ0=arccos(7.5=A)=arccos(√2/2)=+_45◦
根据式
(2)可知sin(φ0)<0,所以φ0=-45◦,即x=10:
6cos(10t-45◦)cm
注:
亦可根据初速度大于零,故由旋转矢量图,必选取φ0=-45◦.
6.2弹簧振子沿着x轴运动,其角频率ω=10rad=s,振幅为A,初始时刻x0=A=2并且向着x负方向运
动,请写出振子的运动方程.
解答:
x0=Acos(φ0)=A=2;φ0=arccos(0:
5)=+60◦
根据旋转⽮量图,振⼦初速度向负⽅向,故φ0=60◦,振动⽅程
x=Acos(10t+60◦)
6.4两个简谐振动的曲线如下图所示,分别写出振动方程.
解答:
由图(a)可看出,A=10cm;x0=5cm,