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用毛皮摩擦过的橡胶棒由于得到电子而带负电。某次实验中,橡胶棒先从毛皮得到 2×10^10 个电子,带上了负电;随后它又向不带电的小球转移出 5×10^9 个电子。求:(1)橡胶棒最终还多余多少个电子?(2)此时橡胶棒带正电还是带负电?
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某款装饰灯由灯泡L₁和L₂并联后接入电路。闭合开关后,用电流表测得干路中的电流为1.2A,通过灯泡L₁的电流为0.7A。求:(1) 通过灯泡L₂的电流是多少毫安?(2) 若再向该电路中并联接入一个可通过0.3A电流的发光二极管,此时干路中的电流是多少安?
某粒子的静止质量为 m₀,在实验室系中测得其相对论动量大小为 p = (5/12)·m₀c。设光速为 c。(1)求该粒子的总能量 E(用 m₀c² 表示);(2)求该粒子的运动速率 v(以光速 c 表示)。
某短偶极子天线的辐射强度角分布正比于 sin³θ,其中 θ 为场点方向与天线轴的夹角,θ∈[0,π]。已知该天线辐射电阻 R_r=160 Ω,馈电电流振幅 I₀=4 A。(1)求天线总的辐射功率 P;(2)求辐射到锥角范围 0≤θ≤π/3 内的功率。
一束沿 z 方向传播的单色平面电磁波,其电场为 E = E₀e_x cos(kz−ωt) + (√3/2)E₀e_y cos(kz−ωt)。试写出该波在空间任一固定点处电场矢端随时间描绘的轨迹方程,并判断该波的偏振状态(说明是线偏振、圆偏振还是椭圆偏振)。
某介质的折射率随角频率变化的关系为 n(ω)=2−(ω/ω₀)²,其中 ω₀ 为已知常数,c 为真空中光速。一列中心频率为 ω₀ 的窄波包在此介质中传播。(1)求该介质在中心频率处的相速度 v_p;(2)求该波包的群速度 v_g,并说明其符号(即群速度方向与波矢方向相反)反映了该介质在此频段属于正常色散还是反常色散。
一束平面电磁波从真空(折射率 n₁=1)入射到折射率 n₂=√3 的均匀无损介质平面上,入射角 θ 可调。(1)用布儒斯特定律求平行偏振波(p 波)反射为零的入射角 θ_B;(2)当入射角为 θ_B 时,s 波(垂直偏振)的振幅反射系数为 r_s=(n₁cosθ−n₂cosθ_t)/(n₁cosθ+n₂cosθ_t),其中 θ_t 为折射角,由折射定律确定。求该角度下 s 波的振幅反射系数 r_s 及其反射率 |r_s|²。
一无限长密绕直螺线管半径 R=0.05 m,单位长度匝数 n=2000 匝/m,电流以恒定速率 dI/dt=2.0 A/s 均匀增大,管内磁场可视为均匀。管外 r=0.15 m 处的磁感应强度可视为零。求该处感应电场(涡旋电场)的大小。
一平行板电容器极板面积为 S=2 m²,极板间距 d=1 mm。两极板间沿平行于极板方向分成左右两半区域填充均匀电介质:左半区域(面积为 S/2)充满相对介电常数 εr1=2 的介质,右半区域(面积为 S/2)充满相对介电常数 εr2=4 的介质,两介质交界面与极板平行方向对齐,不计边缘效应。两极板间加电压 U=100 V。求:(1)该电容器的总电容 C;(2)左右两区域极板上所带自由电荷面密度之比 σ1:σ2;(3)电容器储存的总电能 W。
两同心球形导体电极之间充满均匀导电介质,但以过球心的平面为界,内、外两个半球壳区域的介质电导率分别为 σ₁=σ 与 σ₂=3σ。内电极半径 a=0.5 m,外电极内半径 b=2 m。设稳恒电流沿径向流动,界面(过球心的平面)上无电流穿过,系统可视为稳恒电流场的边值问题:内电极电势 U₀=3 V,外电极接地。求:(1)两半球区域中电势 φ(r) 的分布形式(用 r、U₀、a、b 表示,说明两区域电势相同的原因);(2)系统的等效电阻 R;(3)从内电极流出的总电流 I。介质中体电荷密度可视为零。
半径 R = 2 m 的球形区域内均匀分布着自由电荷,初始总电荷 Q₀ = 24 C。设这些电荷正沿径向均匀向外流出,电流密度大小与时间成正比,即 J = (3/(4π)) t r̂(SI 单位,r̂ 为径向单位矢量,t 以秒计)。求:(1) t = 1.5 s 时通过球面流出区域的电流强度;(2) t = 1.5 s 时球内剩余的总电荷量;(3) 此时刻球内总电荷的变化率。
某学校锅炉用无烟煤给水加热,锅炉的效率为60%。要将10 kg的水从20 ℃加热到100 ℃,水的比热容为4.2×10³ J/(kg·℃),无烟煤的热值为2.8×10⁷ J/kg。求:(1)水吸收的热量;(2)至少需要完全燃烧多少千克无烟煤?
一静止质量为 m₀ 的粒子被加速后,其动能恰好等于静止能量的一半。求该粒子的总能量 E 与静止能量 E₀ 的比值,以及它的速度大小 v(以光速 c 表示)。
某半波偶极子天线通有振幅为 I₀ 的驻波电流,其辐射功率可写为 P = (1/2)I₀²R_r,其中 R_r 为辐射电阻。现测得当 I₀ = 2 A 时,该天线辐射总功率 P = 146 W。(1) 求此天线的辐射电阻 R_r;(2) 已知该天线的辐射强度按 U(θ) = U₀[cos((π/2)cosθ)/sinθ]² 分布,θ 为场点方向与天线轴的夹角,判断最大辐射方向对应的 θ 值,并说明为何沿天线轴方向(θ = 0 或 π)无辐射。
一束平面电磁波从折射率 n₁=√3 的均匀无损介质射向该介质与空气(n₂=1)的分界面,入射角 θ 从 0° 连续增大。求:(1)平行偏振(p 波)反射振幅为零的布儒斯特角 θ_B;(2)波发生全反射的临界角 θ_c;(3)说明入射角在 θ_B 与 θ_c 之间时反射波与折射波是否存在,并指出此时折射角的范围。
一无限长直导线中通有随时间均匀增大的电流 I(t)=kt(k 为正常量)。一与导线共面的矩形线框,长边平行于导线,长为 a,宽为 b,线框近边距导线为 r₁,远边距导线为 r₂。求线框中感应电动势的大小。
无限大平面界面两侧为均匀磁介质,磁导率分别为 μ₁ 与 μ₂。已知界面无自由电流,界面两侧 1 侧的磁场强度为 H₁,其法向分量 H₁n 与切向分量 H₁t 为已知量。求 2 侧磁场强度的法向分量 H₂n 与切向分量 H₂t,用 μ₁、μ₂、H₁n、H₁t 表示。
两块均匀各向同性导电材料紧密叠合成横截面积处处相同的复合板,两界面平行。材料1厚度d₁=2.0 cm、电导率σ₁=1.0×10⁴ S/m;材料2厚度d₂=1.0 cm、电导率σ₂=2.0×10⁴ S/m。在复合板两端面间加稳恒电压U=6.0 V,电流沿厚度方向流动,界面处无电荷积累以外的其他效应。求:(1)复合板中的电流密度大小J;(2)两种材料内部的电场强度大小E₁和E₂。
两块平行板电极间距为 L,极板间充满两种均匀导电介质,界面为与极板平行的平面,介质1(电导率 σ₁=σ)厚度 L₁=L/3,介质2(电导率 σ₂=2σ)厚度 L₂=2L/3。稳恒电流 I 沿垂直于极板方向流动,极板面积均为 S,漏电及边缘效应忽略。将此视为一维稳恒电流场边值问题:(1)写出两种介质中电流密度 J₁、J₂ 满足的边值关系;(2)求两介质中的电场强度 E₁、E₂;(3)求两极板间的电压 U。
真空中两点电荷 q₁ = q₂ = 2.0×10⁻⁶ C,分别位于点 A(0,0,0) 与点 B(4,0,0),坐标单位为 m,静电力常量 k = 9.0×10⁹ N·m²/C²。求两点电荷在点 P(2,0,2) 处产生的合电场强度的大小与方向。