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大学物理下册课后习题答案
习题八
8-1 电量都是q的三个点电荷，分别放在正三角形的三个顶点．试问：(1)在这三角形的中心放一个什么样的电荷，就可以使这四个电荷都达到平衡(即每个电荷受其他三个电荷的库仑力之和都为零)?(2)这种平衡与三角形的边长有无关系? 解: 如题8-1图示
(1) 以A处点电荷为研究对象，由力平衡知：q?为负电荷
1q212cos30??4π?0a24π?0解得 q???qq?(32a)3
3q 3 (2)与三角形边长无关．
题8-1图 题8-2图
8-2 两小球的质量都是m，都用长为l的细绳挂在同一点，它们带有相同电量，静止时两线夹角为2? ,如题8-2图所示．设小球的半径和线的质量都可以忽略不计，求每个小球所带的电量．
解: 如题8-2图示
Tcos??mg??q2 ?Tsin??F?1e?4π?0(2lsin?)2?
解得 q?2lsin?4??0mgtan? 8-3 根据点电荷场强公式E?q4??0r2，当被考察的场点距源点电荷很近(r→0)时，则场强→
∞，这是没有物理意义的，对此应如何理解? 解: E??q4π?0r2?r0仅对点电荷成立，当r?0时，带电体不能再视为点电荷，再用上式求
场强是错误的，实际带电体有一定形状大小，考虑电荷在带电体上的分布求出的场强不会是无限大．
8-4 在真空中有A，B两平行板，相对距离为d，板面积为S，其带电量分别为+q和-q．则这两板之间有相互作用力f，有人说f=
q24??0d2,又有人说，因为f=qE,E?q，所?0Sq2以f=．试问这两种说法对吗?为什么? f到底应等于多少?
?0S解: 题中的两种说法均不对．第一种说法中把两带电板视为点电荷是不对的，第二种说法把
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合场强E?q看成是一个带电板在另一带电板处的场强也是不对的．正确解答应为一个?0Sqq2板的电场为E?，另一板受它的作用力f?q，这是两板间相互作用?2?0S2?0S2?0Sq的电场力．
8-5 一电偶极子的电矩为p?ql，场点到偶极子中心O点的距离为r,矢量r与l的夹角为
?????,(见题8-5图)，且r??l．试证P点的场强E在r方向上的分量Er和垂直于r的分量E?分
别为
pcos?psin?E, = ?2??0r34??0r3???证: 如题8-5所示，将p分解为与r平行的分量psin?和垂直于r的分量psin?． ∵ r??l ∴ 场点P在r方向场强分量
pcos?Er? 32π?0r垂直于r方向，即?方向场强分量
psin?E0?
4π?0r3Er=
题8-5图 题8-6图
8-6 长l=15.0cm的直导线AB上均匀地分布着线密度?=5.0x10-9C·m-1的正电荷．试求：(1)在导线的延长线上与导线B端相距a1=5.0cm处P点的场强；(2)在导线的垂直平分线上与导线中点相距d2=5.0cm 处Q点的场强． 解： 如题8-6图所示
(1)在带电直线上取线元dx，其上电量dq在P点产生场强为
dEP?1?dx
4π?0(a?x)2l?2dx EP??dEP?l2??4π?02(a?x)?11?[?]
ll4π?0a?a?22?用l?15cm，??5.0?10?9?lπ?0(4a2?l2)
C?m?1, a?12.5cm代入得
EP?6.74?102N?C?1 方向水平向右
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1?dx 方向如题8-6图所示
4π?0x2?d22?由于对称性?dEQx?0，即EQ只有y分量，
(2)同理 dEQ?l∵ dEQy1?dx?4π?0x2?d22d2x?d222
l2l?2EQy??dEQyld??24π?222?dx(x2?d22)32
?以??5.0?10?9?l2π?0l?4d2
C?cm?1, l?15cm,d2?5cm代入得
EQ?EQy?14.96?102N?C?1，方向沿y轴正向
8-7 一个半径为R的均匀带电半圆环，电荷线密度为?,求环心处O点的场强． 解: 如8-7图在圆上取dl?Rd?
题8-7图
dq??dl?R?d?，它在O点产生场强大小为
?Rd?dE?方向沿半径向外
4π?0R2则 dEx?dEsin???sin?d?
4π?0R??cos?d?
4π?0R dEy?dEcos(???)?积分Ex????sin?d?? ?04π?0R2π?0R???Ey??cos?d??0
04π?0R?∴ E?Ex?，方向沿x轴正向．
2π?0R8-8 均匀带电的细线弯成正方形，边长为l，总电量为q．(1)求这正方形轴线上离中心为r处的场强E；(2)证明：在r??l处，它相当于点电荷q产生的场强E．
?q解: 如8-8图示，正方形一条边上电荷在P点产生物强dEP方向如图，大小为
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dEP???cos?1?cos?2?4π?0r2?l4
2
∵ cos?1?l22l2cos?2??cos?1
r2?∴ dEP??2l2
llr2?42?dEP在垂直于平面上的分量dE??dEPcos?
?lr∴ dE??
222lll4π?0r2?r2?r2?4244π?0r2?题8-8图
由于对称性，P点场强沿OP方向，大小为
EP?4?dE??4?lr4π?0(r2?ll)r2?4222
∵ ??∴ EP?q 4l2qr4π?0(r2?ll)r2?422 方向沿OP
8-9 (1)点电荷q位于一边长为a的立方体中心，试求在该点电荷电场中穿过立方体的一个
面的电通量；(2)如果该场源点电荷移动到该立方体的一个顶点上，这时穿过立方体各面的电通量是多少?*(3)如题8-9(3)图所示，在点电荷q的电场中取半径为R的圆平面．q在该平面轴线上的A点处，求：通过圆平面的电通量．(??arctan??q 解: (1)由高斯定理?E?dS?
sR) x?0立方体六个面，当q在立方体中心时，每个面上电通量相等 ∴ 各面电通量?e?q． 6?0(2)电荷在顶点时，将立方体延伸为边长2a的立方体，使q处于边长2a的立方体中心，则
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边长2a的正方形上电通量?e?q 6?0q， 24?0对于边长a的正方形，如果它不包含q所在的顶点，则?e?如果它包含q所在顶点则?e?0．
如题8-9(a)图所示．题8-9(3)图
题8-9(a)图 题8-9(b)图 题8-9(c)图 (3)∵通过半径为R的圆平面的电通量等于通过半径为面积*
R2?x2的球冠面的电通量，球冠
]
S?2π(R2?x2)[1?∴ ??xR?x22q0S?04π(R2?x2)??qx[1?]
222?0R?x*关于球冠面积的计算：见题8-9(c)图
S??2πrsin??rd?
0?2πr2??0sin??d?
?5?2πr2(1?cos?)
8-10 均匀带电球壳内半径6cm，外半径10cm，电荷体密度为2×10C·m-3求距球心5cm，
8cm ,12cm 各点的场强．
???q2解: 高斯定理?E?dS?,E4πr??0?当r?5cm时，?q?0,E?0
s?q
?0r?8cm时，?q?p4π33(r ?r内) 34π32r?r内?143N?C?3.48?10∴ E?， 方向沿半径向外． 24π?0r4π33 ）r?12cm时,?q??(r外?r内34π33?r外?r内4?1 3?4.10?10N?C∴ E? 沿半径向外. 24π?0r?????可编辑
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