大学物理第五版课后答案(上)完整版.doc

大学物理课后习题答案（上）3-6一架以 3.0x10 2 ms 解 鸟对飞机的平均冲力为 3-7 质量为m的物体，由水平面上点O分析 3-8 Fx=30+4t 的合外力解(1) 由分析知(2) 由I 300 30t 2t2 ,解此方程可得 t 686 s(另一解不合题意已舍去)(3) 由动量定理,有 I m v2- m v1由(2)可知t 686 s 时I 300 Ns ,将I、m 及v1代入可得 3-9 高空作业 51kg的人3-10质量为m的小球，在力F= - kx作用下运动 即3-11 在水平地面上，有一横截面S=0.20m 2， 3-12 19.6m 爆炸后1.00s ， 。 落地时,y2 0,由式(5)、(6)可解得第二块碎片落地点的水平位置 x2 500 m3-13 A,B两船在平静的湖面上平行逆行航行 B船以3.4解 (1) (2)3-14 质量为m丶的人手里拿着质量为m的物体 解取如图所示坐标把人与物视为一系统,当人跳跃到最高点处,在向左抛物的过程中,满足动量守恒,故有人的水平速率的增量为 而人从最高点到地面的运动时间为 所以,人跳跃后增加的距离3-15 一质量均匀柔软的绳竖直的悬挂着 (1) (2)而 (3)3-16 设在地球表面附近，一初质量为5.00x 10 5 解(1) 以火箭发射处为原点,竖直向上为正方向该火箭在重力场中的动力学方程为 (1)(2) 分离变量后积分,有 3-17 质量为m的质点在外力F的作用下沿Ox轴运动，已知 t=0时质点位于原点解。3-18 如图 一绳索 1.00kg 5N 3-19 一物体在介质x=ct 3解。3-20 一人从10.0 m 深的井中提水解水桶在匀速上提过程中,a 0,拉力与水桶重力平衡,有F P 0在图示所取坐标下,水桶重力随位置的变化关系为P mg -gy3-21 一质量为0.20kg的小球 2.00m的细绳 解(1) 。(2) 小球在最低位置的速率为 (3) 3-22 一质量为m的质点，系在细绳的一段，绳的另一端解(1) (1)(2) 由于摩擦力是一恒力,且F mg,故有 (2)(3) 圈3-23 如图所示，A和B两块板用一轻弹簧 F1 P1 F 。F1 -F2 2P1 F P1 F2 当A 板跳到N 点时,B 板刚被提起,此时弹性力F2 P2 ,且F2 F2 由式(3)可得F P1 P2 (m1 m2 )g3-24有一自动卸货矿车 W (0.25mg 0.25mg)(l x) (1)W -(m -m) g(l x) sin (2)3-25 分铁锤敲入钉子木板 1.00x10 -2 解 x0.41 10 -2 m3-26 m的地球卫星， 3Re 解 则 (2) (3) 3-27 天文观测台 冰块解由系统的机械能守恒,有 (。v 的方向与重力P 方向的夹角为 90- 41.83-28 m=0.2 kg A时 解 (1) (2) 由式(1)、(2) 可得 3-29 质量为m， 速度为v的钢球 m丶的靶解 (1) (2)3-30 质量为m的弹丸，穿过 (1 (2) (3)3-31 一个电子和一个 3-32 质量为7.2 x 10 -23kg (1) (2) (3)3-33 如图 质量为m丶的物块 低端A处解在子弹与物块的撞击过程中,在沿斜面的方向上,根据动量守恒有 (1) (2)3-34 如图 一质量为m的小球 内壁半球形 3-35 打桩 m=10t解(1) 在锤击桩之前,由于桩的自重而下沉,这时,取桩和地球为系统,根据系统的功能原理,有 (1)(2) (2) (3)h2 0.2 m 。 (5)h3 0.033 m3-36 一系统 3.0kg 2.0kg 5.0kg 。 则 3-37 如图 m1 = 10.0 kg m2 =6.0kg AB 小球 。 (3) (4) 。(2)4-6 一汽车 12s 1.2x10 3 r min 解 。 4-7 某种电动机启动后 9.0rad。s 。则t 6.0 s时电动机转过的圈数圈4-8 水分子 此二式相加，可得则 由二式相比，可得 则 4-9 一飞轮 30cm 2.0 cm4-10 如图 圆盘的质量为m 半径为R 2 。4-11 用落体观察法测定飞轮的转动惯量 4-12 一燃气轮机 25.0kg m2解1在匀变速转动中，角加速度，由转动定律，可得飞轮所经历的时间4-13 如图 m1 = 16kg 圆柱体A解(1) 。 。(2) 4-14 m1 m2 A B 组合轮两端 , 解上述方程组，可得 。4-15 如图所示装置，定滑轮半径r , 4-16 飞轮 60kg 0.50m (1) 4-17 一半径为R，质量为m的匀质圆盘。 停止 4-18 如图 通风机 (1) (2)(2) 4-19 如图 一长 2l的细棒AB解(2) 。4-20 m丶 半径R的圆盘 裂开解(1) (2) 4-21 光滑水平 木杆 m1=1.0kg L=40cm解根据角动量守恒定理。4-22 r1 r2 薄伞形轮 4-23 20.0的 小孩 3.00。 4-24 一转台 砂粒 Q =2t 解在时间010 s 内落至台面的砂粒的质量为。 。4-25 为使运行中的飞船 4-26 m的蜘蛛解(1) (2) 即.在此过程中，由系统角动量守恒，有4-27 1.12kg 1.0m的均匀细棒解(1) 由刚体的角动量定理得(2)4-28 第一颗人造卫星 4.39x10 5 (1) (2) 。4-29 地球对自传 0.33解(1) 地球的质量m 5.98 1024 kg，半径R 6.37 106 m，所以，地球自转的动能(2) 对式两边微分，可得 (2) 式中n 为一年中的天数(n 365)，T 为一天中周期的增加量.4-30 如图 一质量为m的小球由一绳索 。 新的角速度 解(1) 和，则 (2) 4-31 质量 0.50kg 0.40m 解(1) 棒绕端点的转动惯量由转动定律M J可得棒在 位置时的角加速度为。由于， 。(2)(3) 由于该动能也就是转动动能，即，4-32 如图 A B 两飞轮 J1 = 10.0 kg。M解(1) 取两飞轮为系统，根据系统的角动量守恒，有(2) 4-34 如图 OO丶自由转动解 (1) (2 。4-35 为使运行中飞船停止绕其中心轴转动 ，一种可能方案 有 4-37 一长为L， 质量为m的均匀细棒，在光滑的。绕质心。(2) 4-38 如图 细绳 大木轴 解设木轴所受静摩擦力Ff 如图所示，则有 。5-6 1964 年，盖尔曼等人 解由于夸克可视为经典点电荷，由库仑定律F 与径向单位矢量er 方向相同表明它们之间为斥力.5-7 质量为m ， 电荷为-e的电子由此出发命题可证.证由上述分析可得电子的动能为 。5-8 在氯化铯 (1) 由对称性，每条对角线上的一对铯离子与氯离子间的作用合力为零，故F1 0.(2) 除了有缺陷的那条对角线外，其它铯离子与氯离子的作用合力为零，所以氯离子所受的合力F2 的值为5-9 若电荷均匀地分布在长为L的细棒 ， 求证证(1) 延长线上一点P 的电场强度，利用几何关系 rr x统一积分变量，则电场强度的方向沿x 轴.2， 利用几何关系 sin r/r， 统一积分变量，则5-10 一半径为R的半球壳，均匀的带有电荷， 解由于平行细圆环在点O 激发的电场强度方向相同，利用几何关系，统一积分变量，有 5-11 水分子H2O解1水分子的电偶极矩在电偶极矩延长线上5-13 如图为电四级子解由点电荷电场公式，得 。5-14 设匀强电场的电场强度E与半径为R的半球面对称轴平行 5-15 如图 边长为a的立方体，其表面 同理 5-16 分析地球周围的大气犹如。5-17 设在半径为R的球体内 ，其电荷为对称分布球体内(0rR) ，球体外(r R) ，5-18 如图 ， 一无限大均匀带电薄平板 。 ，在圆孔中心处x 0，则 E 0 在距离圆孔较远时x r，则5-19 如图， 在电荷体密度p的均匀带电球体 证带电球体内部一点的电场强度为 ， 。5-20 一个内外半径分别为R1和R2的均匀带电球壳，总电荷为Q1解取半径为r 的同心球面为高斯面，由上述分析r R1 ，该高斯面内无电荷，故R1 r R2 ，高斯面内电荷故 R2 r R3 ，高斯面内电荷为Q1 ，故r R3 ，高斯面内电荷为Q1 Q2 ，故5-21 两个带有等量异号电荷的无限长同轴圆柱面解 r R1 ， 在带电面附近，电场强度大小不连续，电场强度有一跃变R1 r R2 ， r R2， 5-22 如图 ，有三个点电荷Q1Q2Q3 解 在任一点电荷所受合力均为零时，并由电势 5-23 已知均匀带电直线附近的 1 ，(2) 不能.严格地讲，电场强度只适用于无限长的均匀带电直线，而此时电荷分布在无限空间，r处的电势应与直线上的电势相等.5-24 水分子电偶极矩 解由点电荷电势的叠加(1) 若(2) 若(3) 若5-25 一个球形雨滴半径0.40mm当两个球形雨滴合并为一个较大雨滴后，雨滴半径，带有电量q2 2q1 ，雨滴表面电势5-26 电荷面密度分别为。两块无限大解 。5-27 两个同心球面的半径分别为R1 R2 , 各自带有解(1) 由各球面电势的叠加计算电势分布.若该点位于两个球面内，即rR1 ，则若该点位于两个球面之间，即R1 rR2 ，则若该点位于两个球面之外，即rR2 ，则 2 。 5-28 一半径为R的无限长带电细棒，其内部的电荷均匀分布当rR 时 当rR 时 当rR 时当rR 时5-29 一圆盘半径R=3.00x 10 -2解(1) 带电圆环激发的电势 (1)(2) 轴线上任一点的电场强度为 (2)电场强度方向沿x 轴方向.(3) 将场点至盘心的距离x 30.0 cm 分别代入式(1)和式(2)，得 当xR 时，圆盘也可以视为点电荷，其电荷为.依照点电荷电场中电势和电场强度的计算公式，有 5-30 两根同长的圆柱面 R1=3.00x 10 -2 m R2=0.10m 解得 (2) 解得两圆柱面之间r 0.05m 处的电场强度5-31 轻原子核结合成为较重原子核解(1) 两个质子相接触时势能最大，根据能量守恒由可估算出质子初始速率该速度已达到光速的4.2. 5-32 在一次典型的闪电中 即可融化约 90 吨冰.(2) 一个家庭一年消耗的能量为 5-33 两个半径为R的圆环分别带等量异电荷 正负q 解(1) 由带电圆环电势的叠加，两环圆心连线的x 轴上的电势为 (2) 当时，化简整理得在时带电圆环等效于一对带等量异号的点电荷，即电偶极子.上式就是电偶极子延长线上一点的电势.5-34 如图 ， 在Oxy平面上倒扣着半径为R的半球面， 假设将半球面扩展为带有相同电荷面密度的一个完整球面，此时在A、B 两点的电势分别为 5-35 在玻尔的氢原子模型中，电子 0.53x 10 -10解(1) 电子在玻尔轨道上作圆周运动时，它的电势能为 (2) 电子在玻尔轨道上运动时，静电力提供电子作圆周运动所需的向心力，即.此时，电子的动能为 电子的电离能等于外界把电子从原子中拉出来需要的最低能量6-6 不带电的导体球A含有两个 。 点电荷qd 与导体球A 外表面感应电荷在球形空腔内激发的电场为零，点电荷qb 、qc处于球形空腔的中心，空腔内表面感应电荷均匀分布，点电荷qb 、qc受到的作用力为零.6-7 一真空二极管，其主要构件是是一个半。R1=5.0x10-4解（1） 电子到达阳极时，势能的减少量为 （2） 6-8 一导体球半径为R1，外罩一半径为R2r R时， RrR2 时，rR2 时， r R时，RrR2 时，rR2 时，也可以从球面电势的叠加求电势的分布在导体球内（r R） 在导体球和球壳之间（RrR2 ） 在球壳外（rR2） 。 代入电场、电势的分布得r R时， ； RrR2 时，；rR2 时，6-9 如图 ，在一半径为R1 = 6.0 cm 的金属球 A 外面 套解 （2） 将球壳B 接地后断开，再把球A 接地，设球A 带电qA ，球A 和球壳B的电势为 6-10 两块带电量分别为Q1，Q2的导体平板平行证明（） 设两块导体平板表面的电荷面密度分别为、2、3、4 ，取如图（）所示的圆柱面为高斯面，高斯面由侧面S和两个端面S2、S3构成，由分析可知得 相向的两面电荷面密度大小相等符号相反（2） 由电场的叠加原理，取水平向右为参考正方向，导体内P 点的电场强度为 6-11 将带电量为Q的导体板A从远处移至不带电的导体板B附件解（） 如图（）所示，依照题意和导体板达到静电平衡时的电荷分布规律可得 。 两导体板间电场强度为；方向为A 指向B两导体板间的电势差为 （2） 如图（c）所示，导体板B 接地后电势为零 两导体板间电场强度为；方向为A 指向B 6-12 如图 Q0， 内半径为a， 外半径b6-13 如图， 在真空中将半径为R的金属球接地，在与球心 6-14 地球和电离层可当做一个球形电容器6-15 两线输电线的线径 3.26mm 代入数据 6-16 电容式计算机键盘解按下按键时电容的变化量为 。6-17 盖革-米勒管 可用解（1） 由上述分析，利用高斯定理可得，则两极间的电场强度 （2） 当 ，R1 0.30 mm，R2 20.0 mm 时，6-18 解（1） 查表可知二氧化钛的相对电容率r 173，故充满此介质的平板电容器的电容（2） （3）6-19 如图 ， 半径R=0.10m 的导体球带有电荷 Q =1.0x10 -8C解（1） 取半径为r 的同心球面为高斯面，由高斯定理得r R ； R r R d ；r R d 。； r1 5 cm，该点在导体球内，则；r2 15 cm，该点在介质层内， 5.0，则；r3 25 cm，该点在空气层内，空气中0 ，则；（2） 取无穷远处电势为零，由电势与电场强度的积分关系得 r3 25 cm， r2 15 cm，r1 5 cm，（3） 均匀介质的极化电荷分布在介质界面上，因空气的电容率 0 ，极化电荷可忽略故在介质外表面； 6-20 人体的某些细胞壁两侧解（1）细胞壁内的电场强度；方向指向细胞外（2） 细胞壁两表面间的电势差6-21 有一个平板电容器 =4.5x 10-5 C。M-2 解 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 。 。6-23 如图 ， 球形电极浮在相对电容率 = 3.0的油槽中解 。 6-24 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） 且，故 ，因此A、B 间的总电容（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，有求得等效电容CAB 4 F（2） 由于，得 6-26 如图，有一空气电热板级板面积S ，间距d解（1） （2） 插入电介质后，电容器的电容C1 为 。（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 导体中电场强度 6-27 为了实时检测纺织品 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 ； 6-29 有一电容为0.50 uF 的平行平板电容器解（1） （2）6-30 半径为0.10cm的长直导线，解（1） 导线表面最大电荷面密度 （2） 由上述分析得，此时导线与圆筒之间各点的电场强度为 (其他) 6-31 一空气平板电容器，空气厚1.5cm解此时，因 ，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由于玻璃的击穿电场强度， ，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 要制作电容为0.047 F 的平板电容器，其极板面积 6-33 一平行板空气电容器，极板面积S,极板间距d， 充电解（1） （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FFe ，则外力所作的功为 7-6 北京正负电子对撞机7-7 已知铜的摩尔质量解（1） （2） 室温下（T 300 ）电子热运动的平均速率与电子漂移速率之比为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 7-10 如图，有两根导线沿半径方向接到铁环7-11 如图 几种截流导线在平面内分布解（）B0 的方向垂直纸面向外（） 将载流导线看作圆电流和长直电流，由叠加原理可得B0 的方向垂直纸面向里（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 的方向垂直纸面向外7-12 截流导线形状如图， 球O点 。 B7-13 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，它在轴线上一点激发的磁感强度的大小为 B 的方向指向Ox 轴负向7-14 分实验室常用所谓亥姆霍兹线圈由， 解得x 0 由，解得 d R 将磁感强度B 在两线圈中点附近用泰勒级数展开，则若x 1；且；则磁感强度B（x）在中点O 附近近似为常量，场为均匀场这表明在d R 时，中点（x 0）附近区域的磁场可视为均匀磁场7-15 如图，截流长直导线的电流为L，求通过矩形面积的磁通量7-16 已知 10mm2 裸铜线。 50A 在导线内r R， ，因而在导线外r R，因而（2） 在导线表面磁感强度连续，由I 50 A，得7-17 有一同轴电缆， 其尺寸如图解由上述分析得r R1 R1 r R2 R2 r R3 r R3 7-18 如图，N匝线圈均匀密绕。中空骨架上 r R1 R2 r R1 r R2 7-19 电流I 均匀的流过半径为R的圆形长直导线 7-20 设 电流均匀流过无限大导电平面 7-21 设有两无限大平行载流平面 ，解 1） 取垂直于纸面向里为x 轴正向，合磁场为（2） 两导体载流平面之外，合磁场的磁感强度7-22 已知地面上空 B=0.4x10 -4解（1） 依照可知洛伦兹力的方向为的方向，如图所示（2） 因而，有，即质子所受的洛伦兹力远大于重力7-23 在一个显像管的电子 1.2x1