《新编基础物理学》下册习题解答和分析

第九章习题解答

09-1 两个小球都带正电，总共带有电荷5.??51C0,如果当两小球相距

2.0m时，任一球受另一球的斥力为1.0N.试求总电荷

在两球上是如何分配的？ 分析：运用库仑定律求解。

解：如图所示，设两小球分别带电q1，q2则有

q1+q2=5.0×10-5C ① 由题意，由库仑定律得：

q1q29?109?q1?q2F???1 24π?0r4

题9-1解图

②

?5??q1?1.2?10C由①②联立得：? ?5??q2?3.8?10C 9-2 两根6.0×10-2m长的丝线由一点挂下，每根丝线的下端都系着一个质量为0.5×10-3kg的小球.当这两个小球都带有等量的正电荷时，每根丝线都平衡在与沿垂线成60°角的位置上。求每一个小球的电量。 分析：对小球进行受力分析，运用库仑定律及小球平衡时所受力的相互关系求解。 解：设两小球带电q1=q2=q，小球受力如图所示

q2F??Tcos30? 24π?0Rmg?Tsin30?

①

②

联立①②得：

mg4??0R2?tan30o 2q ③

题9-2解图

其

R?2r

中

r?lsin60??3?6?10?2?33?10?2(m) 2代入③式，即： q=1.01×10-7C 9-3 电场中某一点的场强定义为E?Fq0，若该点没有试验电荷，那么该点是否存在场强？为什么？

答：若该点没有试验电荷，该点的场强不变.因为场强是描述电场性质的物理量，仅与场源电荷的分布及空间位置有关，

与试验电荷无关，从库仑定律知道，试验电荷

?q0所受力F与

q0成正比，故E?F是与q0无关的。

q09-4 直角三角形ABC如题图9-4所示，AB为斜边，A点上有一点荷q1?1.8?10?9C，B点上有一点电荷q2??4.8?10?9C，已知

?BC=0.04m，AC=0.03m，求C点电场强度E的大小和方向(cos37°≈0.8, sin37°≈0.6). 分析：运用点电荷场强公式及场强叠加原理求解。 解：如题图9-4所示C点的电场强度为E?E1?E2

q11.8?10?9?9?109E1???1.8?104(N/C) 224π?0(AC)(0.03)q24.8?10?9?9?1094E2???2.7?10(N/C) 224π?0(BC)(0.04)2E?E12?E2?1.82?2.72?104?3.24?104(N/C)或(V/m)

4C

方向为：??arctanE11.8?10?arctan?33.7o 4E22.7?10

题9-4解图

即方向与BC边成33.7°。

9-5 两个点电荷q1?4?10?6C,q2?8?10?6C的间距为0.1m，求距离它们都是0.1m处的电场强度E。 分析：运用点电荷场强公式及场强叠加原理求解。

q19?109?4?10?66解：如图所示：E1???3.6?10(N/C) 2?24π?0r110q29?109?8?10?6E2???7.2?106(N/C) 2?24π?0r210???E1，E2沿

x、y轴分解：

Ex?E1x?E2x?E1cos60??E2cos120???1.8?106(N/C)

Ey?E1y?E2y?E1sin60??E2sin120??9.36?10(N/C)

6

∴E?22Ex?Ey?9.52?106(N/C)

Ey9.36?106o ??arctan?arctan?1016Ex?1.8?109-6有一边长为a的如题图9-6所示的正六角形，四个顶点都放有电荷q，两个顶点放有电荷－q。试计算图中在六角形中心O点处的场强。

分析：运用点电荷场强公式及场强叠加原理求解。

解：如图所示.设q1=q2=…=q6=q，各点电荷q在O点产生的 电场强度大小均为：

E?E1?E2?E3??E6?q4π?0a2

??各电场方向如图所示，由图可知E3与E6抵消.

?????E0?E2?E5?E1?E4

据矢量合成，按余弦定理有：

E0?(2E)2?(2E)2?2(2E)(2E)cos(180o?60o)

2E0?2E3?2q4??0a23?3q2??0a2方向垂直向下.

q q 9-7 电荷以线密度q q O. λ均匀地分布在长为的点的场强。 -q -q 题9-6解图

l的直线上，求带电直线的中垂线上与带电直线相距为R

题图9-6 分析：将带电直线无穷分割，取电荷元，运用点电荷场强公式表示电荷元的场强，再积分求解。并利用场强对称性。

注意：先电荷元的场强矢量分解后积分，

解：如图建立坐标，带电线上任一电荷元在P点产生的场强为：

dE??dx4??0(R2?x2)r0

根据坐标对称性分析，E的方向是y轴的方向

E??L2L?2?dx4??0(R2?x2)sin???L2L?2?R4??0(R2?x2)3/2dx??ll21/224??0R(R?)4

9-8

两

题9-7解图

两个点电荷q1和q2相距为l，若（1）两电荷同号；（2）

题9-8解图

电荷异析：运

号，求电荷连线上电场强度为零的点的位置. 用点电荷场强公式及场强叠加原理求解。

分

解：如图所示建立坐标系，取q1为坐标原点，指向q2的方向为x轴正方向. (1) 两电荷同号.场强为零的点只可能在q1、q2之间，设距q1为x的A点.