大学物理(上)试题2

大学物理AI作业 No.07电势 班级 _ 学号 _ 姓名 _ 成绩 _一、判断题：（用“T”和“F”表示） F 1静电场中电场场强大的地方，电势就高。解：电场强度为电势梯度的负值。场强大，只能说明电势在这区域的空间变化率大，不能说其电势高。 T 2静电场中某点的电势能等于将电荷由该点移到势能零点电场力所做的功。解：已经电势能的定义。 F 3静电场中某点电势的数值等于单位试验电荷置于该点时具有的电势能。解：应该是：静电场中某点电势的数值等于单位试验正电荷置于该点时具有的电势能。 T 4静电场中某点电势值的正负取决于电势零点的选取。 解：电势的定义。 F 5电场强度为零的空间点电势一定为零。解：电场强度为电势梯度的负值。场强为0，只能说明电势在这区域的空间变化率为0，即是等势区。二、选择题：1在点电荷 + q 的电场中，若取图中 P 点处为电势零点， 则 M 点的电势为D(A) (B) (C) (D) 解：根据电势的定义有:2如图所示，两个同心的均匀带电球面，内球面半径为 R1、带电荷 Q1，外球面半径为 R2、带有电荷 Q2。设无穷远处为电势零点，则在两个球面之间、距离球心为 r 处的 P 点的电势 U 为：C(A) (B) (C) (D) 解：根据均匀带电球面在其内外产生的电势为：当，由题意，场点在Q1 的外部，而在Q2的内部，所以选C。3图中所示为一球对称性静电场的电势分布曲线， r 表示离对称中心的距离请指出该电场是由下列哪一种带电体产生的。D(A) 半径为 R 的均匀带负电球面(B) 半径为 R 的均匀带负电球体(C) 正点电荷 (D) 负点电荷 解：根据图片分析，该球对称性静电场的电势与r 成反比，且肯定是负电，只有D符合。4质量均为 m ，相距为 r1 的两个电子，由静止开始在电力作用下(忽略重力作用)运动至相距为 r2 ，此时每一个电子的速率为D(A) (B) (C) (D) 解：对于两个电子组成的系统，不受外力作用。内力只有静电力(保守力)做功，有功能关系：势能减少量变为动能，设二者相距r2时，各自速率为v则：5如图所示，半径为 R 的均匀带电球面，总电荷为 Q ，设无穷远处的电势为零，则球内距离球心为 r 的 P 点处的电场强度的大小和电势为：B(A) ， (B)，(C) ，(D)，解：均匀带电球面在其内部的电场分布为：；电势分布为：，所以选B。三、填空题:1一半径为R的绝缘实心球体，非均匀带电，电荷体密度为 (r为离球心的距离，为常量)。设无限远处为电势零点。则球外(rR)各点的电势分布为U_。解：在非均匀带电绝缘实心球体内作一半径为r厚度为dr的同心薄球壳，如图所示，则由均匀带电球面外电势分布有：P点电势2把一个均匀带有电荷+Q的球形肥皂泡由半径r1吹胀到r2，则半径为R(r1Rr2)的球面上任一点的场强大小E由 E=Q / (4pe0R2) 变为 0 ；电势U由 _Q / (4pe0R) _变为_Q / (4pe0r2) (选无穷远处为电势零点)。高斯面解：肥皂泡由半径r1吹胀到r2的过程，始终保持球对称性，故选取同心球面为高斯面，由高斯定理得： 半径为R(r1Rr2)的球面上任一点P的场强大小E=Q / (4pe0R2)（r1rR） 变为E=0（Rrr2）选无穷远处为电势零点 ，由均匀带电球面内、外电势分布得电势将由Q / (4pe0R) （r1rR）变为Q / (4pe0r2) （Rrr2）3如图，在点电荷 q 的电场中，选取以 q 为中心、 R 为半径的球面上一点 P 处为电势零点，则与点电荷 q 距离为 r 的 P 点的电势为 。ROba解：由电势定义式有P点的电势 4如图，真空中有一点电荷Q位于半径为R的圆环中心，设无限远处为电势零点，若将一带电量为q的点电荷从a点沿半径为R的环形路径移动到b点，则电场力的功为_0_。 解：因电场力是保守力，做功与路径无关。根据功的定义，试验电荷q从a点沿半圆弧轨道运动到b点电场力的功，因a、b两点电势相等5如图一半径为R的均匀带电圆环，带电量为Q，水平放置。在圆环轴线的上方离圆心为R的A点处有一电子，当电子从静止下落到圆心位置时，它的速度为。解：典型均匀带电圆环在起点A和终点O的电势分别为：，由功能原理有：由以上各式可以解出速度：四、计算题:1一“无限大”带负电荷的平面，电荷面密度为-s（s为一正的常数），若设平面所在处为电势零点，取x轴垂直带电平面，原点在带电平面处，求其周围空间各点电势U随距离平面的位置坐标x变化的函数关系，并画出函数关系曲线。解：此无限大带负电的平面在其两侧产生的是均匀电场：根据电势的定义式子，场强积分法来算电势，选无限大带电平面为电势零点，沿x轴积分。2一半径为R的球形带电体，其电荷体密度为r =Ar (rR)，式中A为常量。试求： (1) 球体内、外各点场强大小分布；(2) 选球心处为电势零点，计算球体内、外各点的电势分布。解：（1） 虽然电荷不是均匀分布，但电场的球对称性并未被破坏，因而我们选如图所示同心球面为高斯面。由于电荷非均匀分布，当计算高斯面所包围的电量的代数和时，需用微元分析法，如图所示;带入高斯定理，得：，方向沿径