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人教版物理选修3-1-课后答案

第一章第一节

1．答：在天气干躁的季节，脱掉外衣时，由于摩擦，外衣和身体各自带了等量、异号的电荷。接着用手去摸金属门把手时，身

体放电，于是产生电击的感觉。

2．答：由于A 、B 都是金属导体，可移动的电荷是自由电子，所以，A 带上的是负电荷，这是电子由B 移动到A 的结果。其中，

A 得到的电子数为8

1019

10 6.25101.610

n --=

=??，与B 失去的电子数相等。 3．答：图1－4是此问题的示意图。导体B 中

的一部分自由受A 的正电荷吸引积聚在B 的左端，右端会因失去电子而带正电。A 对B 左端的吸引力大于对右端的排斥力，A 、B 之间产生吸引力。

4．答：此现象并不是说明制造出了永动机，也

没有违背能量守恒定律。因为，在把A 、B 分开的过程中要克服A 、B 之间的静电力做功。这

是把机械转化为电能的过程。第二节

1．答：根据库仑的发现，两个相同的带电金属球接触后所带的电荷量相等。所以，先把A 球与B 球接触，此时，B 球带电

；再把B 球与C 球接触，则B 、C 球分别带电

4q ；最后，B 球再次与A 球接触，B 球带电3()2248

B q q q q =+÷=。 2．答：192291222152

(1.610)9.010230.4(10)q q e F k k N N r r --?===??=（注意，原子核中的质子间的静电力可以使质子产生

21.410/m s ?的加速度！）

3．答：设A 、B 两球的电荷量分别为

、

-，距离

为r ，则2

2kq F r

=-。当用C 接触A 时，A 的电荷量变为2A q q =，C 的电荷量也是2c q q =；C 再与接触后，B 的电荷量变为

224B q q q q -+

==-；此时，A 、B 间的静电力变为：2222112288

A B q q

q q q F k k k F r r r ?

'==-=-=。在此情况下，若再使A 、B

间距增大为原来的2倍，则它们之间的静电力变为2

11232

F F F "='= 。 1－6所示。4q 共受三个力的

4．答：第四个点电荷受到其余三个点电荷的排斥力如图

为a

、、a ，所以

作用，，由于1234q q q q q ====，相互间距离分别

2122q F F k a ==，2

222q F k a =。根据平行四边形定则，

合力沿对角线的连线向外，且

大小是21222cos 45q F F F k a

=?+=

。由于对称性，每个电荷受到其他三

个电荷的静电力的合力的大小都相等，且都沿对角线

的连线向外。

5．答：带电小球受重力、静电斥力和线的拉力作用而平

衡，它的受力示意图见图1

－

。

静

电

斥

力

t a F m g θ=

5tan 12

θ=

=，

又，

2t a n q F k m g r

θ==

，

所以，

85.310q C -===? 3

第三节

1．答：A 、B 两处电场强度之比为1A B F E q nF E n q

==。A 、C 两处电场强度之比为A C

F E q

n F E nq ==。 2．答：电子所在处的电场强度为19

112

1.6109.010/ 5.110/(5.310)e E k N C N C r --?==??=??，方向沿着半径指向外。电子受到

的电场力为1119

85.110 1.6108.210F eE N N --==???=?，方向沿着半径指向质子。

3．答：重力场的场强强度等于重力

与质量的比值，即

g m

=，单位是牛顿每千克，方

向竖直向下。

4．答：这种说法是错误的。例如，

如图1－9

所示，有一带电粒子以平行于金属板的初速度射入电场，它沿电场线的方向做匀加速运动，而沿初速度方向做匀速运动，它的运动轨迹是曲线。也就是说，它的运动

轨迹与电场线不重合。

5．（1）因为电场线的疏密程度反映电场强度的强弱，所以，B 点的电场最强，C 点的电场最弱。

（2）A 、B 、C 三点的电场强度的方向如图1－10所示。

（3）负电荷在A 、B 、C 三点时的受力方向如图1－10所示。

6．答：小球受到重力、电场力F ，轻绳拉力T F 的

作用而处于平衡状态，它的

tan 30Eq F mg mg

==?，

受力情况如图1－11所示。由图可知，

1.01010tan 30/

2.910/2.010mg E N C N C q --??=?=

=??。 7．答：因为12Q Q >，所以，在1Q 左侧的x 轴上，1Q 产生的电场的电场强度总是大于2Q 产生的电场的电场强度，且方向总是

指向x 轴负半轴，在0x =和6x cm =之间，电场强度总是指向x 轴的正方向。所以，只有在2Q 右侧的x 轴上，才有可能出现电场强度为0的点。

（1）设该点距离原点的距离为x ，则12

220(6)

Q Q k

k x x -=-，即224(6)0x x --=，解得14x cm =（不合题意，舍去）和12x cm =。所以，在212x cm =处电场强度等于0。

（2）在x 坐标轴上06x cm <<和12x cm >的地方，电场强度的方向总是沿x 轴的正方向的。

第四节

1．答：8

61015410

A E V V q ?--?===?；109221015310pA A E q J J ?--'==??=?。 2．答：（1）pA A E q ?=

，pB B E q

。因为pA pB E E >。所以A B ??>，可见A 点电势比B 点高。（2）pC pC C E E q

-，

pD pD B E E q

-。因为pC pD E E >。所以C D ??<，可见D 点电势比C 点高。（3）0pE E E q

<，0pF pF F E E q

>-，

可见F E ??>，故F 点的电势比E 点高。小结：（1）在电场中，同一正试探电荷的电势能越大的点，电势越高；同一正试探

电荷在电势越高的点，电势能越大。（2）在电场中，同一负试探电荷的电势能越大的点，电势越低；同一负试探电荷在电势越高的点，电势能越小。（3）正的试探电荷电势能为负值的点的电势小于负的试探电荷电势能为负值的点的电势。 3．答：（1）沿着电场线的方向，电势是逐渐降低的，所以M 点的电势比N 点高。（2）先假设正试探电荷从M 点沿着与电场线

始终垂直的路径移动到与P 在同一条电场线上的M '，这一过程静电力不做功。再把这一电荷从M '移动到P 点，全过程静电

力做正功。所以，从M 移动到P 静电力做正功，电势能减少，

pM pP E E q

，M 点电势比P 点电势高。

4．答：因p E mgh =，故p E gh m

?==，可见重力势为gh 。

6．答：假设两个电势不同的等势面相交。因为空间任一点的电势只能有一个惟一的值，所以相交徙的电势就一定相等，这两个

等势面的值就不能不同，这与题设条件矛盾。所以，电场中两个电势不同的等势面不能相交。 7．答：根据电场线与等势面一定垂直的结论，画出的电场线的大致分布如图1－15所示。

因为

10A B V ??==，6c V ?=，取1q C =，可得静电力所做的功为()0AB A B A B W q q q ????=-=-=

()

1(106)A C A

W q q q J J

?=-=-=?-= ()1(106)4BC B C B C W q q q J J ????=-=-=?-=

可见，静电力所做的功AC BC W W = 第五节

1． 9821020410AB AB W qU J J --==-??=-?。静电力做负功，电势能增加8

440J -? 2．答：一个电子电荷量19

1.610

e C -=?，电子增加的动能等于静电力做的功，因为

191911 1.6101 1.610W qU e V C V J --==?=??=?，所以191 1.610eV J -=?。

3．答：因为电场线总是电势高的等势面指向电势低的等势低的等势面，所以，由课本图1.5－2可知：（1）B 点的电势高于A 点的电势，把负电荷从A 移到B 静电力做正功，电势能减少，负电荷在A 点的电势能较大。（2）负电荷从B 移动到A 时，静

电力做负功。（3）0AB U <，0BA U > 第6节电势差与电场强度的关系

1．答：两板间的电场强度3

429.010/9.010/1010

U E V m V m d -?===??。尘埃受到的静电力7421.6109.010 1.410F qE N N --==???=?。静电力对尘埃做功2241.4100.510107.010W Fd J J ---='=????=?

2．答：（1）看电场线方向知，D 点电势比C 点电势高，4

210(5)101000CD CD U Ed V V -==??-?=-（2）B 板接地时，

42210310600C CB Ed V V ?-==???=， 422108101600D DB Ed V V ?-==???=，1000CD C D U V ??=-=-。A 板接

地

时

，

42210(7)101400C CA Ed V V

?-==??-?=-，

42210(2)10400D DA Ed V V

?-==??-?=-，

1000CD C D U V

??=-=-，可见，不管哪一板接地，

U 都是

1000V

-。（3）

19161.610(1000) 1.610CD CD W eU J J --==-??-=?，如果电子先移到E 点再移到D 点，静电力做的功不会改变。这是因

为静电力做功与路径无关，只与初末位置有关。

3．答：空气击穿时的电势差6

310100310U Ed V V ==??=?。雷击就是一种空气被击穿的现象。

4．答：小山坡b 比a 地势更陡些，小石头沿b 边滚下加速度更大些。b 边电势降落比a 边降落得快，b 边的电场强度比a 边强。

可见，电势降落得快的地方是电场强度强的地方。第7节静电现象的应用

1．（1）金属球内的自由电子受到点电荷Q +的吸引，所以在靠近Q +的一侧带负电，在离Q +远的一侧带正电。（2）在静电平

衡状态下，金属球的内部电场强度处处为0，就是说感应电荷产生的电场强度与Q +产生的电场强度等大反向。在球心处Q +产生的电场强度为29Q E k

r +=，所以金属球上感应电荷产生的电场强度大小为2

E k r

=感，方向指向Q +。（3）如果用导线的一端接触球的左侧，另一端接触球的右侧，导线不可能把球两侧的电荷中和，因为金属球是个等势体，导线连接的是电势

相等的两个点，电荷在这两点间不会移动，就像用水管连接高度相等的两个装水容器，水不会在水管内流动一样。 2．答：6

3.0103009.010U Ed V V ==??=?

3．答：点火器的放电电极做成针状是利用尖端放电现象，使在电压不高的情况下也容易点火。验电器的金属杆上固定一个金属

球是防止出现尖端放电现象，使验电器在电压较高时也不会放电（漏电）

4．答：因为超高压输电线周围存在很强的电场，带电作业的工人直接进入这样的强电场就会有生命危险。如果工人穿上包含金

属丝的织物制成的工作服，这身工作服就像一个金属网罩，可以起到静电屏蔽的作用，使高压电线周围的电场被工作服屏蔽起来，工人就可以安全作业了。第8节电容器的电容

1．（1）把两极板间距离减小，电容增大，电荷量不变，电压变小，静电计指针偏角变小。（2）把两极间相对面积减小，电容减

小，电荷量不变，电压变大，静电计指针偏角变大。（3）在两极板间插入相对介电常数较大的电介质，电容增大，电荷量不变，电压变小，静电计指针偏角变小。 2．答：由4S C kd

π=

得9362244 3.149.0100.11021022.6S kdC m m π--==???????=此面积约为窗户面积的10倍 3．答：（1）保持与电池连接，则两极间电压不变，12

119310

2.710Q UC C C --==??=?，两极板间距离减半则电容加倍，

1292310Q UC C -'='=???。极板上电荷量增加了112.710Q Q C -'-=?（2）移去电池后电容器所带电荷量不变，

9Q U V C =

=，两极板距离减半后 4.52Q

U V C

'==，即两极板间电势差减小了4.5V 。 4．答：设电容器所带电荷量为Q ，因Q C U =，并且4S C kd π=，所以

4Q S U kd π=，4Q

U S kd π=。又因为U E d

=，所以4Q

U E k d S

π==。可见，电场强度与两极间距离无关，只与电容器所带电荷量和极板面积有关。

第9节带电粒子在电场中的运动

1．答：解法一：19172 1.61090 2.910k k E E qU J J --?===???=?；解法二：U E d =，172.910U W Eqd qd qU J d

-====?；

解法三：U E d

=，qE a m =

，2

2v ad =，2171 2.9102

k E mv qU J -===?，可见，第一种方法最简单。 2．答：如果电子的动能减少到等于0的时候，电子恰好没有到达N 极，则电流表中就没有电流。由动能定理0km W E =-，

W eU =-得：2102km e eU E m v -=-=-

。6/ 2.1010/v s m s ===?。 3．答：设加速电压为0U ，偏转电压为U ，带电粒子的电荷量为q ，质量为m ，垂直进入偏转电场的速度为0v ，偏转电场两极

间距离为d ，极板长为l ，则：带电粒子在加速电场中获得初动能20012

mv qU =，粒子在偏转电场中的加速度qU

a dm

，在偏转电场中运动的时间为0

l t v =，粒子离开偏转电场时沿静电力方向的速度0

y qUl

v at dmv ==，粒子离开偏转电场时速度方向

的偏转角的正切2

tan y v qUl

v dmv θ=

。（1）若电子与氢核的初速度相同，则tan tan e H H e m m θθ=。（3）若电子与氢核的初动能相同，

则

tan 1tan e

θθ=。

4．答：设加速电压为0U ，偏转电压为U ，带电粒子的电荷量为q ，质量为m ，垂直进入偏转电场的速度为0v ，偏转电场两极

距离为d ，极板长为l ，则：粒子的初动能20012

mv qU =，粒子在偏转电场中的加速度qU

a dm

，在偏转电场中运动的时间为0

l t v =，粒子离开偏转电场时沿静电力方向的速度0

y qUl

v at dmv ==，粒子离开偏转电场时速度方向的偏转角的正切

tan y v qUl

v dmv θ=

，由于各种粒子的初动能相同，即2002mv qU =，所以各种粒子的偏转方向相同；粒子在静电力方向的偏转距离为222200

1224qUl Ul y at mdv dU ===

，可见各种粒子的偏转距离也相同，所以这些粒子不会分成三束。 5．答：电子的初动能20012mv eU =，垂直进入匀强电场后加速度eU a dm

=，在偏转电场中运动的时间为0

l t v =，电子离开偏转

电场时沿静电力方向的速度0

y qUl

v at dmv ==

，电子离开偏转电场时速度方向的偏转角的正切

2000050000.06tan 0.152221000

v eUl eUl El v dmv dU e U θ?=

=====?，8.53θ=?。第二章恒定电流

第一节电源和电流

1．答：如果用导线把两个带异号电荷的导体相连，导线中的自由电子会在静电力的作用下定向移动，使带负电荷的导体失去电

子，带正电荷的导体得到电子．这样会使得两导体周围的电场迅速减弱，它们之间的电势差很快消失，两导体成为一个等势体，达到静电平衡．因此，导线中的电流是瞬时的．如果用导线把电池的正负极相连，由于电池能源断地把经过导线流到正极的电子取走，补充给负极，使电池两极之间始终保持一定数量的正、负电荷，两极周围的空间（包括导线之中）始终存在一定的电场．导线中的自由电子就能不断地在静电力的作用下定向移动，形成持续的电流．说明：由于电池的内阻很小，如果直接用导线把电池的正负极相连，会烧坏电池，所以实际操作中决不允许这么做．这里只是让明白电池的作用而出此题． 2．答：19191.61 1.0101.610

q It

n e e -?=

===?? 3．答：在电子轨道的某位置上考察，电子绕原子核运动的一个周期内有一个电子通过．电子运动周期2r T v

π=，等效电流

22e e ev I T r r

v ππ===．

（说明：我们可以假想在电子轨道的某处进行考察，在安全装置示断有电子从同一位置通过．还可以结合圆周运动和静电力的知识，根据电子与原子核之间的静电力提供向心力，进一步求得电子绕核运动的速度、周期．）第2节电动势

1．答：电源电动势相同，内阻不同．（说明：解决本题要理解电池电动势大小与电池正负极材料和电解的化学性质有关．也就是

说，与非静电力性质有关．两种电池尽管体积大小不同，但电池内的材料相同，非静电力性质相同，所以，电动势相同．而内阻就是电源内部物质对电流的阻碍，和其他导体的电阻一样与导体的形状、体积都有关系． 2．答：10s 内通过电源的电荷量0.310 3.0q It C C ==?=．（说明：化学能转化为电能的数值就是把这些电荷从低电势能的极板

移送到高电抛能极板的过程中，非静电力做的功 1.5 3.0 4.5W Eq J J ==?=．） 3．答：乘积EI 的单位是瓦特．因为Eq W

EI P t t

==，所以EI 表示非静电力做功的功率，也是电源将其他能转化为电能的电功率．如果3E V =，2I A =，则6EI W =，表示每秒有6J 其他形式的能转化为电能．（说明：本题也可以从量纲的角度

来考虑，要求学生从物理量的复合单位的物理意义入手进行思考．）第3节欧姆定律 1．答：因

1122I U I U =，所以1122502mA 12.5mA 10mA 8

U I I U ?===>，因此不能用这个电流表来测量通过这个电阻的电流．（说