大学物理（下）练习册答案包括（波动、电磁、光的干涉、光的偏振、光的衍射、振动）波动选择：1B, 2A, 3D, 4D, 5D, 6D, 7C, 8A, 9C, 10D二，填空： 1，t x y ππ⨯=-20cos )21cos(100.122(SI) 2分)12(+=n x m ， 即 x = 1 m ，3 m ，5 m ，7 m ，9 m 2分n x 2= m ，即 x = 0 m ，2 m ，4 m ，6 m ，8 m ，10 m 1分2，φλ+π-/2L 1分 λk L ± ( k = 1，2，3，…) 2分 λ)12(1+±k L ( k = 0, 1，2，…) 2分3，答案见图 3分 4，17 m 到1.7×10-2m3分5，λ21 3分一， 计算 1，解：(1) 原点O 处质元的振动方程为)2121cos(1022π-π⨯=-t y ， (SI) 2分波的表达式为 )21)5/(21c o s (1022π--π⨯=-x t y ， (SI) 2分x = 25 m 处质元的振动方程为)321cos(1022π-π⨯=-t y ， (SI)振动曲线见图 (a) 2分(2) t = 3 s 时的波形曲线方程)10/cos(1022x y π-π⨯=-， (SI) 2分波形曲线见图 2分2，解：(1) 与波动的标准表达式 )/(2cos λνx t A y -π= 对比可得：ν = 4 Hz ， λ = 1.50 m ， 各1分 波速 u = λν = 6.00 m/s 1分(2) 节点位置 )21(3/4π+π±=πn x )21(3+±=n x m , n = 0，1，2，3, … 3分(3) 波腹位置 π±=πn x 3/44/3n x ±= m , n = 0，1，2，3, … 2分3，解：(1) )1024cos(1.0x t y π-π=)201(4cos 1.0x t -π= (SI) 3分 (2)t 1 = T /4 = (1 /8) s ，x 1 = λ /4 = (10 /4) m 处质点的位移)80/4/(4cos 1.01λ-π=T ym 1.0)818/1(4cos 1.0=-π= 2分(3) 振速 )20/(4sin 4.0x t ty-ππ-=∂∂=v ． )4/1(212==T t s ，在 x 1 = λ /4 = (10 /4) m 处质点的振速 26.1)21sin(4.02-=π-ππ-=v m/s 3分电磁§3.1 静止电荷的电场一， 选择题：t (s)O -2×10-21y (m)234(a)2×1, C 2, C 3, D 4, C 5, C 6, B 7, A 8, A 9, C 10, D 11, D二， 填空：1，q / (6ε0) 2，d 211λλλ+3，()40216/R S Q ε∆π 由圆心O 点指向△S 4，q / ε00 -q /ε05，02εσ 向右 023εσ 向右 02εσ 向左三， 计算：1，解： 20114dq E επ=, 20224dq E επ=∵ 212q q = ， ∴ 212E E = 由余弦定理：1212221360cos 2E E E E E E =-+=20143dq επ== 3.11×106V/m 3分由正弦定理得：αsin 60sin 1E E = , 2160sin sin 1== E E αα = 30°∴E的方向与中垂线的夹角β＝60°，如图所示．2分2，解：设闭合面内包含净电荷为Q ．因场强只有x 分量不为零，故只是二个垂直于x 轴的平面上电场强度通量不为零．由高斯定理得：-E 1S 1+ E 2S 2=Q / ε0 ( S 1 = S 2 =S ) 3分则 Q = ε0S (E 2- E 1) = ε0Sb (x 2- x 1)= ε0ba 2(2a －a ) =ε0ba 3 = 8.85×10-12 C 2分2q 2q3，解：选杆的左端为坐标原点，x 轴沿杆的方向 ．在x 处取一电荷元λd x ，它在点电荷所在处产生场强为：()204d d x d xE +π=ελ 3分整个杆上电荷在该点的场强为：()()l d d lx d x E l+π=+π=⎰00204d 4ελελ 2分点电荷q 0所受的电场力为：()ld d lq F +π=004ελ＝0.90 N 沿x 轴负向 3分4，解：在球内取半径为r 、厚为d r 的薄球壳，该壳内所包含的电荷为r r Ar V q d 4d d 2π⋅==ρ在半径为r 的球面内包含的总电荷为403d 4Ar r Ar dV q rVπ=π==⎰⎰ρ (r ≤R)以该球面为高斯面，按高斯定理有 0421/4εAr r E π=π⋅ 得到()0214/εAr E =， (r ≤R )方向沿径向，A >0时向外, A <0时向里． 3分在球体外作一半径为r 的同心高斯球面，按高斯定理有 0422/4εAR r E π=π⋅ 得到 ()20424/r AR E ε=， (r >R )方向沿径向，A >0时向外，A <0时向里． 2分§3.2 电势一， 选择：q1，A 2，D 3，C 4，D 5，A 6，C 7，A 8，D 9，C二， 填空： 1，43ln 40ελπ 0； 2，10 cm ； 3，⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-π00114r r qε；4，⎪⎪⎭⎫⎝⎛-πb a r r q q 11400ε ； 5， Ed三， 计算：1，解: 由高斯定理可知空腔内E ＝0，故带电球层的空腔是等势区，各点电势均为U . 2分在球层内取半径为r →r ＋d r 的薄球层．其电荷为d q = ρ 4πr 2d r该薄层电荷在球心处产生的电势为()00/d 4/d d ερεr r r q U =π= 2分 整个带电球层在球心处产生的电势为()21220002d d 21R R r r U U R R -===⎰⎰ερερ2分 因为空腔内为等势区所以空腔内任一点的电势U 为()2122002R R U U -==ερ 2分 若根据电势定义⎰⋅=l E U d 计算同样给分.2，解：设点电荷q 所在处为坐标原点O ，x 轴沿两点电荷的连线．(1) 设0=E的点的坐标为x '，则()04342020=-'π-'π=i d x qi x q E εε 3分可得 02222=-'+'d x d x解出 ()d x 3121+-=' 2分 另有一解()d x 13212-=''不符合题意，舍去．(2) 设坐标x 处U ＝0，则 ()xd qx q U -π-π=00434εε ()0440=⎥⎦⎤⎢⎣⎡--π=x d x x d q ε 3分 得 d - 4x = 0, x = d /4 2分3，解：设内球上所带电荷为Q ，则两球间的电场强度的大小为204rQE επ=(R 1＜r ＜R 2) 1分 两球的电势差 ⎰⎰π==212120124d R R R R r dr Qr E U ε⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-π=21114R R Q ε 2分∴ 12122104R R U R R Q -π=ε＝2.14×10-9 C 2分§3.4 静电场中的导体 §3.5 静电场中的电介质一， 选择：1，C 2，C 3，B 4，B 5，A 6，B 7，C 8，B二， 填空：1， 无极分子 电偶极子2，)2/()(21S Q Q + 1分)2/()(21S Q Q -1分)2/()(21S Q Q - 1分 )2/()(21S Q Q + 1分3， 不变 1分 减小 2分4， σ (x ，y ，z )/ε0 2分 与导体表面垂直朝外(σ > 0) 或 与导体表面垂直朝里(σ < 0) 1分5， )4/(30r r q επ2分)4/(0C r q επ 2分三， 计算：1，解：两球相距很远，可视为孤立导体，互不影响．球上电荷均匀分布．设两球半径分别为r 1和r 2，导线连接后的电荷分别为q 1和q 2，而q 1 + q 1 = 2q ，则两球电势分别是10114r q U επ=， 20224r q U επ= 2分两球相连后电势相等， 21U U =，则有21212122112r r qr r q q r q r q +=++== 2分 由此得到 921111067.62-⨯=+=r r qr q C 1分92122103.132-⨯=+=r r qr q C 1分两球电势 310121100.64⨯=π==r q U U ε V 2分2，解：玻璃板抽出前后电容器能量的变化即外力作的功．抽出玻璃板前后的电容值分别为 d S C r /)(0εε=，d S C /)(0ε=' 2分撤电源后再抽玻璃板．板上电荷不变，但电压改变，即U C CU Q ''== ∴ U C CU U r ε='='/)( 2分抽玻璃板前后电容器的能量分别为202)/(2121U d S CU W r εε== ，202)/(2121U d S U C W r εε=''=' 2分外力作功 W W A -'=)1)(/(21220-=r r d SU εεε = 2.55×10-6 J 2分3.7,3.8磁场的源 一选择：1B 2D 3D 4B 5A 6A 7C 8D 9A 10C 11B 12D二填空 1，I 0μ 1分0 2分 2I 0μ 2分2， )/(lB mg 3分 3， a l I 4/d 20μ 2分垂直电流元背向半圆弧(即向左) 1分4， b ，a 2分d ，c 1分 f ，e 2分三，计算： 1，解：将导线分成1、2、3、4四部份，各部分在O 点产生的磁感强度设为B 1、B 2、B 3、B 4．根据叠加原理O 点的磁感强度为：4321B B B B B+++=∵1B、4B 均为032B B B+= 2分 )2(4102RI B μ= ⊗ 2分242)sin (sin 401203RIaIB π=-π=μββμ)2/(0R I π=μ 方向 ⊗2分其中 2/R a =， 2/2)4/sin(sin 2=π=β2/2)4/sin(sin 1-=π-=β∴ RIRIB π+=2800μμ)141(20π+=R I μ 方向 ⊗2分2，2解：长直导线AC 和BD 受力大小相等,方向相反且在同一直线上，故合力为零．现计算半圆部分受力，取电流元l Id ， B l I F ⨯=d d 即 θd d IRB F = 2分 由于对称性 0d =∑x F ∴ RIB IRB F F F y y 2d sin d 0====⎰⎰πθθ 3分方向沿y 轴正向3，解：洛伦兹力的大小 B q f v = 1分 对质子： 1211/R m B q v v = 1分 对电子： 2222/R m B q v v = 1分 ∵ 21q q = 1分 ∴ 2121//m m R R = 1分3.10电磁感应： 一选择：1C 2B 3C 4A 5D 6D 7A 8C 9D 10C 11B 二填空： 1，无感应电流 2分 无感应电流 2分2，1.11×10-5 V 3分 A 端 2分3，答案见图 曲线3分，标出文字结果2分4，225R B ω 3分 O 点 2分1F三计算 1，解：建立坐标(如图)21B B B+=x I B π=201μ， )(202a x I B -π=μ 2分x I a x I B π--π=2)(200μμ， B 方向⊙ 1分 d x xa x I x B d )11(2d 0--π==v v μ 2分 ⎰⎰--π==+x x a x I ba d )11(2d 202av μ b a b a I ++π=2)(2ln20v μ 2分 感应电动势方向为C →D ，D 端电势较高．1分2，解：两个载同向电流的长直导线在如图坐标x 处所产生的磁场为)11(2210r r x x B +-+π=μ 2分 选顺时针方向为线框回路正方向，则)d d (21111210⎰⎰⎰+++-+π==br r br r r r x xxx IaBdS μΦ 3分)ln(222110r b r r b r Ia+⋅+π=μ 2分 ∴ tIr r b r b r a t d d ]))((ln[2d d 21210++π-=-=μΦt r r b r b r a I ωωμcos ]))((ln[2212100++π-= 3分光的干涉光的干涉：一，选择：2a x +d x 2a +b I I C DvxO x1D, 2A, 3B, 4A, 5B, 6C, 7B, 8B, 9B, 10C, 11B, 12C, 13B, 14A, 15B, 16A二，填空1， 2π (n -1) e / λ 2分 4×103 2分2，3λ 2分 1.33 2分3，3λ / (2n θ) 3分4，236参考解：膜厚度为零处光程差 2λδ±=膜厚度为e 处光程差 2sin 222122λδ±-=i n n e式中 n 2=1.5,n 1=1.0 令条纹数为k ,则有 λδk =∆2.236sin 22122=-=λin n e k5，2.60 e 3分三，计算 1，解： R 2＝r 2＋(R - e)2 r 2 = 2Re – e 2略去e 2，则 Rr e 22= 2分 暗环： 2ne ＋21λ＝( 2k ＋1)21λ 2e ＝λn k(k ＝0，1，2，…) 3分nRk r λ= k ＝10 2分r ＝0.38 cm 1分2，解：(1) 明环半径 ()2/12λ⋅-=R k r 2分()Rk r 1222-=λ＝5×10-5 cm (或500 nm) 2分 (2) (2k －1)＝2 r 2 / (R λ)对于r ＝1.00 cm ， k ＝r 2 / (R λ)＋0.5＝50.5 3分 故在OA 范围内可观察到的明环数目为50个． 1分3，解：(1) 如图，设P 0为零级明纹中心 则 D O P d r r /012≈- 3分 (l 2 +r 2) - (l 1 +r 1) = 0 ∴ r 2 – r 1 = l 1 – l 2 = 3λ ∴()d D d r r D O P /3/120λ=-= 3分(2) 在屏上距O 点为x 处, 光程差λδ3)/(-≈D dx 2分 明纹条件 λδk ±= (k ＝1，2，....)()d D k x k /3λλ+±=在此处令k ＝0，即为(1)的结果．相邻明条纹间距d D x x x k k /1λ=-=+∆ 2分光的偏振光的偏振：一，选择：1A, 2B, 3B, 4B, 5C二，填空： 1，见图 每图1分2，线偏振光(或完全偏振光，或平面偏振光) 1分 光(矢量)振动 1分偏振化(或透光轴) 1分3，tg i 0＝n 21 (或tg i 0＝n 1 / n 2 ) 1分 i 01分n 21 (或n 2 / n 1) 1分三，计算： 1，解：(1) 自然光通过第一偏振片后，其强度 I 1 = I 0 / 2 1分 通过第2偏振片后，I 2＝I 1cos 245︒＝I 0/ 4 2分 通过第3偏振片后，I 3＝I 2cos 245︒＝I 0/ 8 1分通过每一偏振片后的光皆为线偏振光，其光振动方向与刚通过的偏振片的偏振化方向平行． 2分(2) 若抽去第2片，因为第3片与第1片的偏振化方向相互垂直，所以此时I 3 =0. 1分 I 1仍不变． 1分解：(1) 连续穿过三个偏振片之后的光强为I ＝0.5I 0cos 2α cos 2(0.5π－α ) 2分＝I 0sin 2(2α) / 8 1分 (2) 画出曲线 2分光的衍射光的衍射： 一，选择1B, 2B, 3C, 4C, 5C, 6A, 7B, 8D, 9B, 10D 二，填空 1，6 2分第一级明 2分 2，4 2分 第一 2分 暗 1分3，一 2分2，I 0三 2分4，2π 2分 暗 2分5，d sin ϕ =k λ ( k =0，±1，±2,···)3分6，3 3分三，计算1，解：(1) 由单缝衍射明纹公式可知()111231221sin λλϕ=+=k a (取k ＝1 ) 1分 ()222231221sin λλϕ=+=k a 1分f x /tg 11=ϕ , f x /tg 22=ϕ 由于 11tg sin ϕϕ≈ , 22tg sin ϕϕ≈所以 a f x /2311λ= 1分a f x /2322λ= 1分则两个第一级明纹之间距为a f x x x /2312λ∆=-=∆=0.27 cm 2分 (2) 由光栅衍射主极大的公式 1111sin λλϕ==k d2221sin λλϕ==k d 2分 且有f x /tg sin =≈ϕϕ所以d f x x x /12λ∆=-=∆=1.8 cm 2分2，解：设空气膜最大厚度为e ，2e +λ21= k λ 2分 λλ212+=e k ＝16.5 2分 ∴ 明纹数为16． 1分3，解：由光栅公式 (a ＋b )sin ϕ =k λ k =1， φ =30°，sin ϕ1=1 / 2∴ λ=(a ＋b )sin ϕ1/ k =625 nm 3分若k =2, 则 sin ϕ2=2λ / (a + b ) = 1, ϕ2=90°实际观察不到第二级谱线 2分振动振动：一， 选择1C, 2D, 3B, 4B, 5D, 6C, 7 D, 8A, 9D, 10C二，填空 1,π 1分 - π /2 2分 π/3． 2分2,)214c o s (04.0π-πt （振幅、角频率、初相各1分） 3分3，0.37 cm 1分 )21c o s (1037.02π±π⨯=-t x (SI) 2分4，1.2 s 1分－20.9 cm/s 5，0 1分 3π cm/s 2分三，计算解：设小球的质量为m ，则弹簧的劲度系数 0/l mg k =．选平衡位置为原点，向下为正方向．小球在x 处时，根据牛顿第二定律得220d /d )(t x m x l k mg =+- 将 0/l mg k = 代入整理后得0//d d 022=+l gx t x∴ 此振动为简谐振动，其角频率为． 3分+x )π===1.958.28/0l g ω 2分设振动表达式为 )cos(φω+=t A x由题意： t = 0时，x 0 = A=2102-⨯m ，v 0 = 0，解得 φ = 0 1分∴ )1.9cos(1022t x π⨯=- 2分2，解：(1) A = 0.5 cm ；ω = 8π s -1；T = 2π/ω = (1/4) s ；φ = π/3 2分(2) )318sin(1042π+π⨯π-==-t xv (SI))318cos(103222π+π⨯π-==-t xa (SI) 2分 (3) 2222121A m kA E E E P K ω==+==7.90×10-5 J 3分 (4) 平均动能 ⎰=T K t m T E 02d 21)/1(v⎰π+π⨯π-=-Tt t m T 0222d )318(sin )104(21)/1( = 3.95×10-5 J = E 21 同理 E E P 21== 3.95×10-5 J 3分 3，解一：(1) 取平衡位置为原点，向下为x 正方向．设物体在平衡位置时弹簧的伸长量为∆l ，则有l k mg ∆=, 加拉力F 后弹簧又伸长x 0，则0)(0=+-+∆x l k mg F解得F = kx 0 2分由题意，t = 0时v0 = 0；x = x 0则 02020)/(x x A =+=ωv 2分又由题给物体振动周期4832=T s, 可得角频率 Tπ=2ω, 2ωm k = ∴ 444.0)/4(22=π==A T m kA F N 1分(2) 平衡位置以下1 cm 处： )()/2(2222x A T -π=v 2分 221007.121-⨯==v m E K J 2分 2222)/4(2121x T m kx E p π=== 4.44×10-4 J 1分解二：(1) 从静止释放，显然拉长量等于振幅A （5 cm ），kA F = 2分2224νωπ==m m k ，ν = 1.5 Hz 2分 ∴ F = 0.444 N 1分(2) 总能量 221011.12121-⨯===FA kA E J 2分 当x = 1 cm 时，x = A /5，E p 占总能量的1/25，E K 占24/25． 2分∴ 21007.1)25/24(-⨯==E E K J ， 41044.425/-⨯==E E p J 1分。