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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。
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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。
一无限大均匀带电平面上方充满相对介电常数为 εr=3 的均匀各向同性电介质,自由电荷面密度为 σ=6×10⁻⁹ C/m²,静电平衡且介质均匀无限。介质中电位移矢量 D 的大小为多少? A. 1×10⁻⁹ C/m² B. 2×10⁻⁹ C/m² C. 6×10⁻⁹ C/m² D. 18×10⁻⁹ C/m²
一点电荷 q=2.0×10⁻¹⁰ C 置于无限大接地导体平板上方,距板面 d=0.40 m。静电平衡时导体内部场强处处为零,板面最近处(点电荷正下方)的感应面电荷密度可写为 σ=−a×10⁻¹⁰/π C/m²,则 a=____。
真空中某区域内无传导电流,电场随时间变化可表示为 E = E₀e^(−t/τ) ẑ,其中 E₀>0,τ>0。仅依据麦克斯韦方程组的微分形式,该区域内磁场满足 ∇×B = μ₀ε₀∂E/∂t,则 ∇×B 的方向为( ) A. 沿 z 轴正方向 B. 沿 z 轴负方向 C. 处处为零 D. 沿 x 轴正方向
一真空球形区域(半径 R = 1 m,以球心为原点)内分布着自由电荷,电荷正以电流密度 J = 0.5t r̂(单位 A/m²,t 单位为 s,r̂ 为径向单位矢量)均匀沿径向流出球面。由电荷守恒定律(连续性方程),该球内总电荷 Q(t) 满足 dQ/dt = ____(用数值与 π 表示,单位 A),并在 t = 2 s 时 dQ/dt = ____ A。
真空中某区域电磁场用标势 φ=5x(V)和矢势 A=(2t, 0, 0)(SI 单位)描述。现取规范函数 ψ=xt(SI 单位)作规范变换:A'=A+∇ψ,φ'=φ−∂ψ/∂t。试判断:由 (A', φ') 求得的电场强度 E'=−∇φ'−∂A'/∂t 的大小为 ____ V/m。
真空中某点同时存在匀强电场 E = 4×10⁵ V/m,方向沿 +y 轴;磁感应强度 B = 0.4 T,方向沿 −z 轴。一电荷量 q = 1×10⁻⁵ C 的正点电荷在该点以速度 v = 5×10⁵ m/s 沿 +x 轴运动。由洛伦兹力公式 F = qE + qv×B,该电荷所受合电磁力的大小和方向为( ) A. 2 N,沿 +y 轴 B. 6 N,沿 +y 轴 C. 6 N,沿 −y 轴 D. 2 N,沿 −y 轴
电荷量为 q 的点电荷沿 x 轴以恒定速度 0.5c(c 为真空光速)运动,t'=0 时刻恰好经过原点。空间中观察点 P 位于 (60,0,0)(坐标单位与 c×时间单位一致)。已知在观察时刻 t=90/c,该电荷产生于 P 点的标势由李纳-维谢尔势给出:φ = q/(4πε₀) × 1/[R(1−n·β)],其中 R 为推迟时刻电荷到 P 的距离,n 为由推迟时刻电荷位置指向 P 的单位矢量,β 为推迟时刻电荷的无量纲速度。求 t=90/c 时 P 点的标势 φ(用 q/(4πε₀) 表示)。 A. φ = (1/30)·q/(4πε₀) B. φ = (1/60)·q/(4πε₀) C. φ = (1/15)·q/(4πε₀) D. φ = (1/10)·q/(4πε₀)
家庭装饰中,两只不同规格的小灯泡接入电路,闭合开关后两灯同时发光;取下其中一只灯泡,另一只仍能正常发光。用电流表测得干路电流为0.5 A,通过其中一只灯泡的电流为0.2 A。则这两只灯泡的连接方式是什么?通过另一只灯泡的电流是多少?
某实验小组探究动能与重力势能的相互转化:将光滑程度相同的两斜面固定在水平桌面上,中间用水平段平滑连接。让小车从左侧斜面高度h₁=0.5m的A点由静止释放,小车滑下经过水平段后冲上右侧斜面,到达的最高点为B,测得B点高度h₂=0.44m。(1)若不计摩擦和空气阻力,B点高度应为多少米?(2)实际测得的h₂偏小,说明小车在运动过程中机械能总量如何变化?能量转化是否完全?
飞船沿 x 轴以速率 v=0.6c 相对地面匀速飞行。在飞船参考系 S' 中,舱内相距 Δx'=600 m 的前后两点各放一个同步钟,两钟在 S' 系中同时读数为零。则地面参考系 S 中测得这两个事件的时间间隔为 ____ μs(以地面系中前方事件较后方事件滞后为正),此时两钟读数之差为 ____ μs。
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?
下列关于物体动能的说法中,正确的是( )A.质量大的物体,动能一定大 B.速度大的物体,动能一定大 C.两个质量相同的运动物体,动能大的那个速度一定大 D.两个动能相同的运动物体,质量大的那个速度一定大
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)。
惯性系 S′ 相对 S 系以速度 v=0.6c 沿 x 轴匀速运动(γ=5/4)。S 系中某点电磁场为 E=(3, 4, 0)×10^6 V/m,B=(0, 0, 5/c) T(c 为光速)。利用电磁场变换公式,S′ 系中该点的 E′_y 分量为多少? A. 1.25×10^6 V/m B. 1.0×10^6 V/m C. 5.0×10^6 V/m D. 5.75×10^6 V/m
一列火车以速率 v=0.6c(c 为真空光速)沿 x 轴相对地面匀速行驶。车厢内一静止乘客观察到相邻两次进站信号铃响的时间间隔为 5 s,则地面观察者测得这两次铃响的时间间隔为多少? A. 4 s B. 5 s C. 6.25 s D. 8.3 s
真空中的观察点 P 与点电荷 q 所在的原点相距 r=6×10^8 m。设 t<0 时电荷静止于原点且静电势已达到稳态;在 t=0 时刻,电荷量突然开始按给定方式变化。关于 P 点处标势 φ(P,t) 随时间的行为,下列说法正确的是:A. φ(P,t) 在 t=0 时刻立即随之变化,因为库仑势与距离无关地瞬时建立 B. φ(P,t) 在 t=2 s 时刻才开始变化,因为物理效应以光速传播,P 点感受到的是源在 t−r/c 时刻的状态 C. φ(P,t) 在 t=3 s 时刻才开始变化,因为推迟时间应为 r/(2c) D. φ(P,t) 永不变化,因为势只由当前电荷分布决定而与历史无关
真空中一点电荷沿 x 轴作微小振动,观察点 P 与电荷相距 r = 600 m,光速取 c = 3×10⁸ m/s。根据推迟势的物理意义,P 点在 t = 5 μs 时刻感受到的电磁势,取决于电荷在哪个时刻的状态? A. t = 5 μs 时刻 B. t = 3 μs 时刻 C. t = 7 μs 时刻 D. t = 4 μs 时刻