大学物理 电磁场
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一一一、、、選選選擇擇擇題題題 (共共共49分分分) 1 (本題3分) 在半徑為R = 0.500m的圓柱形區(qū)域內,勻強磁場的磁感應強度~B的方向與軸線平行如圖 所示。設磁感應強度B以dB/dt的速率隨時間變化。則在r = 5.00 × 10?2m的P點電子受到渦旋電場
對它的作用力,此力產(chǎn)生的加速度的大小為a =[ ]。 (基本電荷電荷e = 1.60 × 10?19 C,電子質量me = 9.11 × 10?31 kg) 參數(shù):dB/dt = 4.10 × 10?3T·s?1
(A) 8.8 × 106m·s?2;
(B) 1.3 × 107m·s?2;
? 1.8 × 107m·s?2;
(D) 2.1 × 107m·s?2;
(E) 2.5 × 107m·s?2。 2 (本題3分) 如圖所示,導體棒AB在均勻磁場B中繞通過C點的垂直于棒長且沿磁場方向的軸OO0轉 動(角速度ω與B 同方向),BC的長度為棒長的13,則[ ]
(A) A點比B點電勢高; 第 1頁
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(B) A點與B點電勢相等;
? A點比B點電勢低;
(D) 有穩(wěn)恒電流從A點流向B點。 3 (本題3分) 如圖所示,一矩形金屬線框,以速度~v從無場空間進入一均勻磁場中,然后又從磁場中 出來, 到無場空間中。不計線圈的自感,下面哪一條圖線正確地表示了線圈中的感應電流對時間 的函數(shù)關系? (從線圈剛進入磁場時刻開始計時,I以順時針方向為正) [ ]
(A) 圖(a);
(B) 圖(b);
? 圖(c);
(D) 圖(d)。 4 (本題3分) 如圖所示,M、N為水平面內兩根平行金屬導軌,ab與cd為垂直于導軌并可在其上自由 滑動的兩根直裸導線。 外磁場垂直水平面向上。當外力使ab向右平移時,cd [ ]
(A) 不動;
(B) 轉動;
? 向左移動;
(D) 向右移動。 5 (本題3分) 兩根無限長平行直導線載有大小相等方向相反的電流I,并各以dI/dt的變化率增長, 一 矩形線圈位于導線平面內(如圖),則:[ ]
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(A) 線圈中無感應電流;
(B) 線圈中感應電流為順時針方向;
? 線圈中感應電流為逆時針方向;
(D) 線圈中感應電流方向不確定。 6 (本題3分) 如圖所示,空氣中有一無限長金屬薄壁圓筒,在表面上沿圓周方向均勻地流著一層隨時 間變化的面電流 i(t), 則[ ]
(A) 圓筒內均勻地分布著變化磁場和變化電場;
(B) 任意時刻通過圓筒內假想的任一球面的磁通量和電通量均為零;
? 沿圓筒外任意閉合環(huán)路上磁感強度的環(huán)流不為零;
(D) 沿圓筒內任意閉合環(huán)路上電場強度的環(huán)流為零。 7 (本題3分) 在兩個永久磁極中間放置一圓形線圈,線圈的大小和磁極大小約相等,線圈平面和磁 場方向垂直。 今欲使線圈中產(chǎn)生逆時針方向(俯視)的瞬時感應電流i(如圖),可選擇下列哪一個方 法? [ ]
(A) 把線圈在自身平面內繞圓心旋轉一個小角度;
(B) 把線圈繞通過其直徑的OO0軸轉一個小角度;
? 把線圈向上平移;
(D) 把線圈向右平移。 8 (本題5分) 兩相互平行無限長的直導線載有大小相等方向相反的電流,I = 10.0A。長度為b =
20.0cm的金屬桿CD與兩導線共面且垂直,相對位置如圖。圖中a = 10.0cm。 CD桿以速度~v平行 直線電流運動,則C、D兩點的電勢差UC ? UD=[ ]。 (真空磁導率μ0 = 4π × 10?7 T · m/A)
參數(shù): v = 2.00m/s
(A) ?1.6μV ;
(B) ?2.4μV ; 第 3頁
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? ?2.6μV ;
(D) ?4.2μV ;
(E) ?5.1μV 。 9 (本題3分) 自感為 0.25 H的線圈中,當電流在(1/16) s內由2 A均勻減小到零時,線圈中自感電動勢
的大小為: [ ]
(A) 7.8 × 10?3 V;
(B) 3.1 × 10?2 V;
? 8.0 V;
(D) 12.0 V。
10 (本題3分) 真空中一根無限長直導線中通有電流I = 2.00A,則距導線垂直距離為a的某點的磁能密 度wm = [ ]。(真空磁導率μ0 = 4π × 10?7 N/A2) 參數(shù):a = 4.00cm
(A) 1.6 × 10?4J · m?3;
(B) 4.0 × 10?5J · m?3;
? 1.8 × 10?5J · m?3;
(D) 1.3 × 10?5J · m?3;
(E) 6.4 × 10?6J · m?3;
11 (本題3分) 一平面電磁波在非色散無損耗的媒質里傳播,測得電磁波的平均能流密度為3000
W/m2,媒質的相對介電常數(shù)為4,相對磁導率為1,則在介質中電磁波的平均能量密度為:[ ]
(A) 1000 J/m3;
(B) 3000 J/m3;
? 1.0 × 10?5 J/m3;
(D) 2.0 × 10?5 J/m3。
12 (本題3分) 一個中空的螺繞環(huán)上每厘米繞有n = 20.0匝導線,當通以電流I時,環(huán)中磁場能量密 度w = [ ]。 (真空磁導率μ0 = 4π × 10?7 N/A2) 參數(shù):I = 3.00A
(A) 10J · m?3;
(B) 23J · m?3;
? 40J · m?3;
(D) 63J · m?3;
(E) 79J · m?3;
13 (本題5分) 設一同軸電纜由半徑分別為r1 = 1.20mm和r2 = 4.40mm的兩個同軸薄壁長直圓筒組成, 兩長圓筒通有等值反向電流I,如圖所示。兩筒間介質的相對磁導率μr = 1,該同軸電纜單位長度 內儲存的磁能為Wm =[ ]。 (真空磁導率μ0 = 4π × 10?7 H/m) 第 4頁
廣州大學 參數(shù):I = 2.00A
(A) 4.2 × 10?7J;
(B) 5.2 × 10?7J;
? 6.3 × 10?7J;
(D) 7.5 × 10?7J;
(E) 8.8 × 10?7J。
14 (本題3分) 真空中兩條相距2a = 20.0cm的平行長直導線,通以方向相同,大小相等的電流I,P點
與兩導線在同一平面內,與導線的距離如圖所示, 則P點的磁場能量密度wmP = [ ]。(真空磁導 率μ0 = 4π × 10?7 N/A2) 參數(shù):I = 4.00A
(A) 1.1 × 10?5J · m?3;
(B) 4.5 × 10?5J · m?3;
? 1.0 × 10?4J · m?3;
(D) 1.8 × 10?4J · m?3;
(E) 2.8 × 10?4J · m?3;
15 (本題3分) 在相對磁導率μr=1.00和相對介電常數(shù)εr 的介質中傳播的電磁波,若其電場強度振幅為 E0 = 1.00 × 102N/C,則其磁場強度振幅 H0=[ ]。 (真空介電常數(shù)ε0 = 8.85 × 10?12C2 · N?1 · m?2, 真空磁導率μ0 = 4π × 10?7H/m) 參數(shù):εr=9.00
(A) 0.40A/m;
(B) 0.53A/m;
? 0.69A/m;
(D) 0.80A/m;
(E) 1.1A/m。
二二二、、、填填填空空空題題題 (共共共15分分分)
16 (本題3分) 半徑為a的無限長密繞螺線管,單位長度上的匝數(shù)為n,通過交變電流i = Imsin ωt,則圍 在管外的同軸圓形回路(半徑為r)上的感生電動勢為 。
17 (本題4分) 在相對磁導率μr = 2和相對介電常數(shù) εr = 4 的各向同性的均勻媒質中傳播的平面電磁波 的磁場強度振幅為H0 = 1 A/m,則此電磁波的平均坡印亭矢量大小是 ,而 這個電磁波的最大能量密度是 。 (真空的介電常數(shù)ε0 = 8.85 × 10?12C2 · N?1 · m?2,真空的磁導率μ0 = 4π × 10?7H/m)
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18 (本題3分) 真空中兩只長直螺線管1和2,長度相等,單層密繞匝數(shù)相同,直徑之比d1/d2 = 1/4。當 它們通以相同電流時,兩螺線管貯存的磁能之比為W1/W2 = 。
19 (本題5分) 一個密繞的探測線圈面積為S = 4.00 cm2,匝數(shù)N = 160,電阻R = 50.0?。線圈與一
個內阻r = 30.0? 的沖擊電流計相連。今把探測線圈放入一均勻磁場中,線圈法線與磁場方向平 行。 當把線圈法線轉到垂直磁場的方向時,電流計指示通過的電荷量為q。那么磁場的磁感應強度 為B = T。(兩位有效數(shù)字) 參數(shù):q = 4.00 × 10?5C
三三三、、、計計計算算算題題題 (共共共45分分分)
20 (本題8分) 圖中所示為水平面內的兩條平行長直裸導線LM與L0M0,其間距離為l,其左端與電動勢
為ε0的電源連接。勻強磁場~B 垂直于圖面向里。一段直裸導線ab橫嵌在平行導線間(并可保持在導 線間無摩擦地滑動)把電路接通。由于磁場力的作用,ab將從靜止開始向右運動起來。求
(1) ab能達到的最大速度v;
(2) ab達到最大速度時通過電源的電流I。
21 (本題12分) 一邊長為a的正方形線圈,在t = 0時正好從如圖所示的均勻磁場的區(qū)域上方由靜止開始 下落,設磁場的磁感強度為~B (如圖),線圈的自感為L,質量為m,電阻可忽略。求線圈的上邊進
入磁場前,線圈的速度與時間的關系。 第 6頁
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22 (本題12分) 一厚度為h、半徑為R、電導率為γ的鋁圓盤放置在磁感強度B = at(a為正值常量)的均 勻分布但隨時刻t變化的磁場中, 磁場方向與盤面垂直,如圖所示。試求圓盤中感應電流密度的分 布及單位時間內發(fā)出的熱量。
23 (本題8分) 如圖所示,真空中一矩形線圈寬和長分別為2a和b,通有電流I2,可繞其中心對稱 軸OO0轉動。與軸平行且相距為d + a處有一固定不動的長直電流I1, 開始時矩形線圈與長直 電流在同一平面內,求:
(1) 在圖示位置時,I1產(chǎn)生的磁場通過線圈平面的磁通量;
(2) 線圈與直線電流間的互感系數(shù);
(3) 保持I1、I2不變,使線圈繞軸OO0轉過90?外力要做多少功? 第 7頁
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24 (本題5分) 有一平均輻射功率為50 kW的廣播電臺,求在離電臺天線100 km處的電場強度振幅 值E0和磁感強度振幅值B0(假定天線輻射的能量各方向相同)。 (ε0 = 8.85 × 10?12 F/m,μ0 = 12.57 × 10?12 H/m)
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總結
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