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大学基础物理学(韩可芳)习题参考-第6章(稳恒磁场)-0412

大学基础物理学(韩可芳)习题参考-第6章(稳恒磁场)-0412
大学基础物理学(韩可芳)习题参考-第6章(稳恒磁场)-0412

第六章 稳恒磁场

思考题

6-1 为什么不能把磁场作用于运动电荷的力的方向,定义为磁感强度的方向?

答:对于给定的电流分布来说,它所激发的磁场分布是一定的,场中任一点的 B 有确定的方向和确定的大小,与该点有无运动电荷通过无关。而运动电荷在给定的磁场中某点 P 所受的磁力 F ,无论就大小或方向而言,都与运动电荷有关。当电荷以速度 v 沿不同方向通过 P 点时, v 的大小一般不等,方向一般说也要改变。可见,如果用 v 的方向来定义 B 的方向,则 B 的方向不确定,所以我们不能把作用于运动电荷的磁力方向定义为磁感应强度 B 的方向。

6-2 从毕奥-萨伐尔定律能导出无限长直电流的磁场公式a

I

B πμ2=

。当考察点无限接近导

线(0→a )时,则∞→B ,这是没有物理意义的,如何解释?

答:毕奥-萨伐尔定律是关于部分电流(电流元)产生部分电场(dB )的公式,在考察点无限接近导线(0→a )时,电流元的假设不再成立了,所以也不能应用由毕奥-萨伐尔

定律推导得到的无限长直电流的磁场公式a

I

B πμ2=。

6-3 试比较点电荷的电场强度公式与毕奥-萨伐尔定律的类似与差别。根据这两个公式加上场叠加原理就能解决任意的静电场和磁场的空间分布。从这里,你能否体会到物理学中解决某些问题的基本思想与方法?

答:库仑场强公式2004r r dq E d πε

=,毕奥一萨伐定律2

04r r l Id B d πμ ?= 类似之处:(1)都是元场源产生场的公式。一个是电荷元(或点电荷)的场强公式,一个是电流元的磁感应强度的公式。

(2)d E 和d B 大小都是与场源到场点的距离平方成反比。

(3)都是计算E 和B 的基本公式,与场强叠加原理联合使用,原则上可以求解任意分布的

电荷的静电场与任意形状的稳恒电流的磁场。

不同之处: (1)库仑场强公式是直接从实验总结出来的。毕奥一萨伐定律是从概括闭

合电流磁场的实验数据间接得到的。

(2)电荷元的电场强度d E 的方向与r 向一致或相反,而电流元的磁感应强度d B 的方向既不是Idl 方向,也不是r 的方向,而是垂直于dl 与 r 组成的平面,由右手螺旋法则确定。

(3) d E 的大小与场源电荷的电量 dq 成正比,而d B 的大小不仅与Idl 的大小成正比,而且与Idl 的方向(以它和r 的夹角θ表示)有关。

6-4 在安培环路定理中,对闭合回路有无特殊要求、如应用安培环路定理解题,对闭合回路有无特殊要求?如何选取合适的闭合回路?

答:在安培环路定理中,对闭合回路无特殊要求。如应用安培环路定理解题,对闭合回路无特殊要求,因为我们希望通过安培环路定理来求磁感应强度的大小,所以,选取闭合回路,要求回路上磁感应强度的大小处处相等,或者是分段的情况下,每段的磁感应强度大小相等,磁感应强度与回路线元之间的夹角为零或90O ,这样可以方便的将矢量点乘写成大小相乘的形式。

6-5 在i l

I l d B ∑=??0μ 中,B

是否只由合回路所包围的电流所贡献的?在i I ∑ 中i I 是

否是空间所有的电流?(如图所示,在一圆形电流 I 所在的平面内,选取一个同心圆形闭合回路人则由安培环路定理可知

A .?=?L

dl B 0 且环路上任意一点B=0

B .?=?L

dl B 0, 且环路上任意一点B ≠0

C .?≠?L

dl B 0, 且环路上任意一点B = 0

D .?≠?L

dl B 0, 且环路上任意一点B=常量 哪一个正确?

答:B 正确。根据安培环路定理,?∑=?L

i I u dl B 0,∑i I 为正向穿过该环路的电流的代数

和,本题中因无电流从该环路穿过所以0?=?L

dl B ,故C ,D 前半部分不对。圆电流I 在空

间任一点都会激发磁场,环路上任意一点B 均不为零,由对称性分析可知,L 上的B 大小相等,方向垂直于圆电流和L 环路所在平面,方向向里。故A 后半部分错,B 对。 有人可能会作出这样的推导: 因为 ??

??==?=

?L

L

L

rr B dl B dl B dl B π2

又00==??∑L

i I u dl B

所以 B=0

由此得出L 回路上的B 处处为零的结论,而选择A 。这种推导的错误是没有注意到在回路上,dl 处处与B 垂直,就简单地把B 提到积分号外而产生的。实际上,

??

=?=?L

dl B dl B 02

cos π

,而B 是00==??∑L

i I u dl B 不为零的。

6-6 在下述的两种情况中,能否用安掊环路定理求磁感强度?(1)有限长载流直导线产生的磁场;(2)圆形电流产生的磁场。

答:用安培环路定理来求真空或介质中的磁场,要求电流分布必须具有某种特殊对称性,使其磁场可用一个坐标分量来表示,这样才便于将场从积分号中提出来,进而简便求出磁场的数值。由于一段有限长载流直导线的电流分布不存在这种对称性,因此不能用安培定理来求。

6-7 两个电流元之间的相互作用力,是否一定遵从牛顿第三运动定律?

答:一般说来,它不满足牛顿第三定律,因为实际上是不存在孤立的恒定电流元的。两个恒定蒂娜六回路的相互作用力则满足牛顿第三定律。

6-8 在电子仪器中,载有大小相等方向相反的电流的两根导线,通常是扭在一起的。为什么?

L

答:两条导线中通有相反方向的电流,离开电源线r 处的场是它们各自场的叠加。扭在一起以后,它们靠的很近,在稍远处它们所产生的磁场就接近相等,并且方向相反,可以相互抵消,从热使它们的合场减小到最小,可以避免对其他元件造成的影响。

6-9 磁场的高斯定理说明磁场具有什么样的性质?安培环路定理又说明了磁场具有什么样的性质?

答:高斯定理表明,磁场是无源场,磁场线是无头无尾的闭合曲线。安培环路定理表明,磁场是有旋场,磁场是非保守力场。

6-10 试小结本章的内容。本章又是如何研究场的?

习 题

6-1 在真空中,有两根互相平行的无限长直导线L 1和L 2,相距0.10m ,通有方向相反的电流,I 1=20A ,I 2=10A ,如图所示,A 、B 两点与导线在同一平面内。这两点与导线L 2的垂直距离均为0.05m 。试求A 、B 两点处的磁感强度,以及磁感强度为零的点的位置。

解:由载流直导线磁场的磁感强度公式可知

L1在A 点产生的磁感强度为

5

7

1

0110

805.02104202--?=???=

=

πππμa

I B A T ,方向垂直纸面向里

在B 点产生的磁感强度

5

7

10B 110

67.215

.02104202--?=???='

=

πππμa I B T ,方向垂直纸面向里

L2在A 点产生的磁感强度为

5

7

2

0210

405.02104102--?=???=

=

πππμa

I B A T ,方向垂直纸面向里

在B 点产生的磁感强度

5

7

20B 210

405

.02104102--?=???='

=

πππμa I B T ,方向垂直纸面向外

∴A 点的磁感应强度为421102.1-?=+=A A A B B B T ,方向垂直纸面向里 B 点的磁感应强度为512103.1-?=-=B B B B B B T ,方向垂直纸面向外。 设磁感应强度为0的点C 距L 2为x ,此点必在L 2下方

021=+C C B B ,

m x x

I x I 1.002)

1.0(22

01

0=?=-

+πμπμ

B=0的点在I2外侧距离为0.1m 的平行线上。

L 1

L 2

B

A 题 6-1 图

6-2 如图,一根无限长直导线,通有电流I ,中部一段弯成圆弧形。求图中P 点磁感强度的大小。

解:点P 的磁感应强度由直线及圆弧载流导线所产生,由于对称性,两段直导线在P 点产生的磁感应

强度相等,方向均垂直纸面向里。有半无限长载流直导线的磁感应强度公式

)cos (cos 4210ααπμ-=

r

I

B

其中O a r 60cos = O 01=α,O 302=α

a

I

a I

B O

πμπμ00

00134

.0)30cos 0(cos 60

cos 42=-?

=直线在圆弧上任取一段电流元l Id

,`它在P 点产生的磁感应强度的方向垂直纸面向里,大小为

θπμπθ

μπμd a

I

a

Iad a

Idl

dB 44402

02

0=

=

=

,则圆弧导线在P 点所产生的磁感应强度为

a

I

d a

I

dB B O

640120

0μθπμ=

==

?

?, 所以,总的磁感应强度为

a

I

a

I a

I

B B B 00021

.0134

.06μπμμ=+=

+=直线总

6-3 载有电流I = 4A 无限长直导线,中部弯成半径 r = 0.11m 的半圆环形,如图所示。求环中心O 的磁感强度。

解:在半圆环上任取一电流元l Id

,此电流元

与电流元到O 点的矢径之间的夹角为90O ,且只有圆环段的电流才在O 点产生磁感强度,由

比奥-萨伐尔定律,2

04r

r l Id B d

?=πμ,得到2

04r

I d l

dB πμ=

,所以

5

02

00

2

010

14.1444-?==

=

=

?

r

I

r

r

I r

Idl

B r

μππμπμπT ,方向垂直纸面向里。

6-4 如图,两导线沿半径方向引到铁环上的A 、B 两点,并在很远处与电源相连。求环中

心的磁感强度。

[解] 图中两根长直导线在O 点产生的磁感应强度为零,即O 点的磁感应强度取决于电流方向如图所示的两段圆环。由于圆环上的任一线元在O

点所产生的

都在垂直于纸

面的方向上,因此若选取指向读者的方向单位矢量为k ,则

k R

l I r

r l d I B A

B

2

1102

110144πμπ

μ=

?=

?

题 6-2 图

k R

l I r

r l d I B A

B

2

1102

220244πμπ

μ-

=?=

?

设两段圆环的长度分别为l 1和l 2,电流分别为I 1和I 2,有

1221//l l I I = 即 2211l I l I = ,所以有 021=+=B B B

.

6-5 两圆线圈,半径均为R ,平行地共轴放置,两圆心O 1、O 2相距为a ,所载电流均为I ,且电流方向相同。

(1)以O 1、O 2连线的中点O 为原点,求轴线上坐标为x 的任一点处磁感强度的大小。 (2)试证明:当 a = R 时,O 点处的磁场最为均匀。(这样放置的一对线圈叫做亥姆霍兹线圈。需要均匀磁场而要求并不太高时,常用到亥姆霍兹线圈。) (提示:可由00=???

??=x dt dB 和00

2

2

=????

?

?=x dt B d 来证明。) 解: ( 1 ) 利用载流圆线圈轴线上磁场

分布的公式,可以得到两个圆线圈在轴线上任一点P 处产生的磁感应强度分别为:

,

,式中x 是OP 的长

度。于是,点P 处总的磁感应强度的大小为

.

利用泰勒展开公式得

.

( 2 ) 根据对称性分析,在中心O 点(x = 0)处

,因此轴线上的B -x 曲线在O 点有水

平的切线。由本题( 1 )所求得的关于B 的展开式可以看出,当两线圈之间的间距2d 与线圈半径R 相比较大时,在x = 0处,磁感应强度B 在O 点处有极小值;而当2d 与R 相比较小时,在x = 0处

,磁感应强度B 在O 点处有极大值。因此,当2

d

取值适中时,即当2d = R 时,在x = 0处,磁感应强度B 在O 点的值为由极小

向极大过渡的转变点之值,这就是使O 点附近磁场最均匀的条件。在满足条件2d = R 的情

况下,在

范围内,B 值的变化在0.03 %之内;在

范围内,

B 值的变化在0.4 %之内。

6-6 在半径为R 的无限长半圆柱形金属薄片中,自上而下地有电流I 通过,如图所示。试求圆柱轴线上任一点P 处的磁感强度(R = 1.0cm ,I = 5.0A )。

解:因为金属片无限长,所以圆柱轴线上任一

点P 的磁感应强度都在圆柱截面上,

宽度为dl

的一无限长直流dl R

I

dI π=

,在轴上P 点产生

的磁感应强度与R 垂直,大小为

R

Id R

Rd R I

R

dI

dB 2

00

0222πθ

μπθ

πμπμ=

=

=

, R

d I dB dB x 2

02cos cos πθ

θμθ=

=

R

d I dB dB y 2

02sin )2

cos(

πθ

θμθπ

-

=+=T R

I R

I

R

d I B x 5

2

02

022

2

010

37.6)]2

sin(2

[sin

22cos --?==

-

-=

=

?πμπ

π

πμπθ

θμπ

π

02)

sin (22

2

0=-

=

?-π

π

πθθμR

d I B y T i B 5

1037.6-?=∴

6-7 如本题图所示,半径为R 的木球上绕有密集的细导线,线圈平面彼此平行,且以单层线圈盖住半个球面。设线圈的总匝数为N ,通过线圈的电流为I ,求球心处O 的磁感强度。

解:在与球面上与所绕的漆包细导线垂直的弧线上,单位弧长范围内

的线圈中所通过的电流为, 每一弧元d s 包括的线圈通过的

电流为

, 并可把它们看成是一个个半径不同的载

流圆线圈。利用圆线圈轴线上的磁场分布公式,可得

ds

y R

NI R dl

y dB 2

3

03

2

02πμμ=

=.

又由

2

2

2R

y

x

=+可得 0

22=+ydy xdx , 即

y

x dy

dx -

= , 故有

dx y

R y x dx dx dy dx dy dx ds =

++=+=+=

2

2

2

2

)(1)/(1)

()(所以,

球心O 处磁感应强度的大小为 R

NI

ydx R

NI dB B R

400

3

0μπμ=

=

=?

?, 其方向沿x 轴正方向。如果采用平面极坐标系,

则有θRd ds =,θsin R y =由此可以更简捷地得到上述结果,即

R

NI

d R

NI dB B 4sin 02

/0

2

0μθθπμπ=

=

=

?

?

6-8 如本题图所示,一宽为 a 的薄长金属板,其电流为I 。试求在薄板的平面上,距板的

一边为 a 的点P 的磁感强度。

解:建立如图所示的坐标系,取直线dl ,得直线电流元

dl a

I ,

因为无限长直导线的场强公式为x

I

B πμ20=, 所以,直线在P 点产

生的磁感应强度为a

l a Idl

dB )2(20-=

πμ,总的磁感应强度为

2ln 2)2(200

0a

I

a

l a Idl

B a

πμπμ=

-=

?

6-9 半径为R 的薄圆盘上均匀带电,总电量为q 。令此盘绕通过盘心且垂直盘面的轴线匀速转动,角速度为ω ,求轴线上距离盘心x 处的磁感强度。

解:将带电圆盘面当作是以O 为圆心,由不同半径的许多带电细圆环组成。当圆盘以角速

度ω转动时,就形成电流。选取半径为r ,面积为2πrdr 的细圆环作为电流元dl I ',ω

π

2=T 。

圆盘上的电荷面密度为2

R

q

πσ=

,此细圆环的带电量为rdr q πσ2=',此细圆环转动时产生

的电流为2

R

dr

qr T

q I πω=

'=

',因为圆形电流的磁感应强度公式为2

/32

2

20)

(2x r

Ir

B +=

μ。 所以,

电流元dl I '在x 处产生的磁感应强度为2

/32

2

20)

(2x r

r

I dB +'=

μ,总的磁感应强度为

]2)

(2[

2)

(2)

(22

/12

2

22

2

00

2

/32

2

202

2

/32

2

20x x R

x R R

q x r

r

R

dr

qr x r

r

I B R

R

-++=

+=

+'=

?

?

πω

μμπωμ

6-10 已知磁感强度B = 2.0 wb/m -2 的均匀磁场,方向沿X 轴正方向,如图所示。试求:(1)通过图中 abcd 面的磁通量;(2)通过图中 befc 面的磁通量;(3)通过图中 aefd 面的磁通量。 解:(1)通过abcd 面积S1的磁通量是

Wb S B 24.04.03.00.211=??=?=Φ

(2)通过befc 面积S2的磁通量是

02

=?=ΦS B

(3)通过aefd 面积S3的磁通量是

Wb S B 24.0cos 5.03.00.231=???=?=Φθ

6-11 设图中两导线中的电流I 1、I 2均为8A ,对图示的三条闭合曲线a 、b 、c ,分别写出安培环路定理等式右边电流的代数和,并讨论:

(1)在各条闭合曲线上,各点的磁感强度B

的量值是否相等? (2)在闭合曲线C 上各点的B

是否为零?为什么?

解:根据安培环路定理008μμ==??I l d B a

08μ=??

b

l d B

=??

c

l d B

,(1)在各条闭合曲线上,各点的磁感强度B 的量值不等。 (2)在闭合曲线C 上各点的B 不为零,只是B

的环路积分为零。

6-12 一根很长的铜导线载有电流10A ,在导线内部作一平面S ,如图所示。试计算通过S 平面的磁通量(沿导线长度方向取长为1m 的一段作计算)。铜的磁导率0μμ≈ 。 解:由安培环路定律求距圆导线为r 处的磁感强度

∑?

=?I l d B l

2

20

2R Ir r B μπ= , 2

02R

Ir

B πμ=

磁通量Wb I

dr R

Ir

S d B R

S

m 6

00

2

010

42-==

=

?=Φ?

μπμ

6-13 一根长直圆管形导体的横截面内外半径分别为a 、b 。导体内载有沿轴线方向的电流I ,且电流I 均匀地分布在管的横截面上。试证导体内部各点(b r a <<)的磁感强度的量值由下式给出:

r

a

r a b I

B 2

22

2

0)

(2--=

πμ

试以0=a 的极限情形检验这一公式。b r =时又怎样? 解:取闭合回路)(2b r a r

l <<=π, 则r B l d B l

π2=??

)

()

(2

22

2

a b I

a r

I

--=∑ππ , )

(2)

(2

2

2

20a b r a r I B --=

πμ

当0=a 的极限时,2

02b

Ir

B πμ=

即为均匀载流圆柱体的磁感应强度公式,b r =时,r

I

B πμ20=

与载流直导线产生磁场的磁感应强度公式相同。

6-14 一根很长的同轴电缆,由一导体圆柱(半径为a )和一同轴的导体圆管(内、外半径分别为b 、c )构成,使用时,电流I 从一导体流去,从另一导体流回。设电流都是均匀地分布在导体的横截面上,求:(1)导体圆柱内(r < a ),(2)两导体之间(a < r c )各点处磁感强度的大小。 解:(1)当r

2

2

I

r I r I a

a

ππ'=

=

由安培环路定理可知:I r B l d B L

'==??

02μπ

2

02a

rI

B πμ=

(2)当a

02μπ==??

r

I

B πμ20=

(3) 当b

()()

()(2

2

2

2

2

2

2

2

b c

r c I b c

b r I I I --=

---

='

I r B l d B L

'==??

02μπ

2

2

022

2I c r B r c b

μπ-∴=- (4) 当c

*6-15 图中所示是一根外半径为R 1 的无限长圆柱形导体管,管内空心部分的半么为R 2 ,空心部分的轴与圆柱的轴相平行但不重合,两轴间距离为 a ,且 a > R 2 。现有电流I 沿导体管流动,电流均匀分布在管的横截面上,而电流方向与管的轴线平行。求:

(1)圆柱轴线上的磁感强度的大小;

(2)空心部分轴线上的磁感强度的大小。 解:

6-16 设电流均匀流过无限大导电平面,其电流密度为j 。求导电平面两侧的磁感强度。 解:假设电流自下而上的流过平面,设距平面∑为a 的任一点的磁感应强度为B 。选取安培环路垂直于∑的水平面内,过点P 作一矩形闭合路径ABCDA 作为安培环路。 设A B l =.由安培环路定理可知:

0021

2

B C D A L

A

B

C

D

B dl B dl B dl B dl B dl Bl jl

B j

μμ?=?+?+?+

?==∴=

?????

方向按右手螺旋法则定。

6-17 设有两无限大平行截流平面,它们的电流面密度均为 j ,电流流向相反。求(1)两载流平面之间的磁感强度;(2)两面之外空间的磁感强度。

解:板的两侧都为匀强磁场,上板产生的磁场用绿色箭头表示,板的上面磁感应强度方向向右,板的下面向左。白色箭头表示下板产生的磁场,两个场在空间叠加,根据16题的结果,则在两板中间,场强大小为j j B 002

12μμ=?=,方向

向左。两板外侧磁感应强度为零。

6-18 一质子以(

)

j i 5

5

100.3100.2?+? m/s 的速度射入磁感强度B 为0.080i T 的均匀磁

场中。求这质子做螺旋运动的半径和螺距。

解:由题意,质子在竖直平面内(垂直于x 轴)做圆周运动。qB

mv R R

v m

B qv y

y y =

?=2

周期qB

m T π2=

,由()

j v i v j i v y x +=?+?=5

5100.3100.2 可知

s m v x /10

0.25

?= s m v y /10

0.35

?= i B

08.0=质子做螺旋运动的半径

m qB

mv R r y

2

10

9.3-?=== 螺距m qB

mv T v h x

x 164.02==

6-19 如图所示,有一根半径为R 的圆形电流I 2,在沿其直径AB 方向上有一根无限长直线电流I 1,求:

(1)半圆弧AaB 所受作用力; (2)整个圆形电流所受作用力。

6-20 一电子在B = 20×10-4T 的磁场中沿半径为R = 2.0cm 的螺旋线运动,螺距为h =5.0cm 。求这电子的速度。 解:eB

mv R θcos =

θπin 2vs eB

m h =

,1

62

2

1057.7)

2(

)(

-??=+=s

m m

eBh m

eBR v π

6-21 沿南北方向、水平放置的铜棒中通有电流I =2A ,流向向南,若要使它悬浮起来,可以东西方向加一强磁场。问:该磁场的磁感强度至少应多大?取何方向?(每米长铜棒的质量为0.5kg )

6-22 一通有电流为I 的长导线,弯成如本题图所示的形状,放在磁感强度为B

的均匀磁场中,B

的方向垂直纸平面向里,问此导线受到的安培力为多少? 解:

6-23 一载有电流为I 1 的无限长直导线与一载有电流为I 2的圆形闭合回路在同一平面内。圆形回路的半径为R ,长直导线与圆形回路中心之间的距离为d 。试求圆形回路受到的磁力。

6-24 一半径为 r 的薄圆盘,放在磁感强度为B 的均匀磁场中,B

的方向与盘面平行。在

圆盘表面上,电荷面密度为σ 。若圆盘以角速度ω 通过盘心、垂直面的轴转动。求证作用在圆般上的磁力矩为4

4

Br

M σωπ=

解:设距圆心为l 处的线圈的宽度为d l ,则此圆线圈的电流为

02

34

3

3

224

M M r r

dq ldl dI ldl

T P ISn M P B ISn B

dM dI S B ldl l B B l dl B r

M B l dl B l dl πσω

σωπ

σωππσωπσωπσωπσω?=

=

===?=?∴=??=??==

==

?

? 载流线圈的磁矩为

6-25 横截面积S =2.0mm 2

的铜线,弯成U 形,其中OA 和DO ' 两段保持水平方向不动,ABCD 段是边长为a 的正方形的三边,U 形部分可绕OO ' 轴转动。如图所示。整个导线放

在匀强磁场B 中,B

的方向竖直向上。已知铜的密度 ρ =8.9×103kg/m -3,当这铜线中的电

流I =10A 时,在平衡情况下,AB 段和CD 段与竖直方向的夹角为 α =15? 。求磁感应强度B 。

[解] BC 边所受到的安培力对力矩M m 有贡献。相

互平衡的磁力矩和重力矩分别为:

.所以,平衡时的磁感应强度的大小

为I

Sg B α

ρtan 2=

.

6-26 一半径R =0.10m 的半圆形闭合线圈,载有电流I =10A ,放在均匀外磁场中,磁场方向与线圈平面平行,磁感强度B =0.50T 。 (1)求线圈所受的力矩;

(2)在这力矩的作用下线圈圈转过π/2,求力矩所做的功。 解:(1)N m BIS BIS M ??===-2

1085.7sin ?

(2)3

10

85.7-?==?ΦBS J I A 2

1085.7-?=?Φ=

6-27 一根无限长的直圆柱形导线,外包一层相对磁导率为μ r 的圆筒形磁介质,导线半径为R 1,磁介质的外半径为R 2,导线内有电流I 通过,求:

(1)磁介质内、外的磁场强度和磁感强度的分布;

(2)磁介质内、外表面的磁化面电流密度(即磁化后的分子表面电流的线密度)。 解:当1r R <时,22

1

r

I I R '=

由安培环路定理可知:112L

H dl H r I π'?==?

01102

2

1

1

22Ir

Ir H B H R R μμππ∴=

∴==

当12R r R ≤≤时, 222L

H dl H r I π?==?

0220222r r I

I H B H r

r

μμμμππ∴=

∴==

当R r ≤时, 03230322I

I H H B H r

r

μμππ∴==

∴==

(2)磁介质内、外表面的磁化面电流密度为:

1

2

(1)(1)

2(1)(1)

2r r r r I j H R I j H R μμπμμπ=-=-=-=-12S 内S 外

大学物理稳恒磁场习题及答案 (1)

衡水学院 理工科专业 《大学物理B 》 稳恒磁场 习题解答 一、填空题(每空1分) 1、电流密度矢量的定义式为:dI j n dS ⊥ =v v ,单位是:安培每平方米(A/m 2) 。 2、真空中有一载有稳恒电流I 的细线圈,则通过包围该线圈的封闭曲面S 的磁通量? = 0 .若通过S 面上某面元d S v 的元磁通为d ?,而线圈中的电流增加为2I 时,通过同一面元的元磁通为d ?',则d ?∶d ?'= 1:2 。 3、一弯曲的载流导线在同一平面内,形状如图1(O 点是半径为R 1和R 2的两个半圆弧的共同圆心,电流自无穷远来到无穷远去),则O 点磁感强度的大小是2 02 01 00444R I R I R I B πμμμ- + = 。 4、一磁场的磁感强度为k c j b i a B ? ???++= (SI),则通过一半径为R ,开口向z 轴正方向的半球壳表面的磁通量的大 小为πR 2c Wb 。 5、如图2所示通有电流I 的两根长直导线旁绕有三种环路;在每种情况下,等于: 对环路a :d B l ??v v ?=____μ0I __; 对环路b :d B l ??v v ?=___0____; 对环路c :d B l ??v v ? =__2μ0I __。 6、两个带电粒子,以相同的速度垂直磁感线飞入匀强磁场,它们的质量之比是1∶4,电荷之比是1∶2,它们所受的磁场力之比是___1∶2__,运动轨迹半径之比是_____1∶2_____。 二、单项选择题(每小题2分) ( B )1、均匀磁场的磁感强度B v 垂直于半径为r 的圆面.今以该圆周为边线,作一半球面S ,则通过S 面的磁通量的大小为 A. 2?r 2B B.??r 2B C. 0 D. 无法确定的量 ( C )2、有一个圆形回路1及一个正方形回路2,圆直径和正方形的边长相等,二者中通有大小相等的电流,它们在各自中心产生的磁感强度的大小之比B 1 / B 2为 A. B. C. D. ( D )3、如图3所示,电流从a 点分两路通过对称的圆环形分路,汇合于b 点.若ca 、bd 都沿环的径向,则在环形分路的环心处的磁感强度 A. 方向垂直环形分路所在平面且指向纸内 B. 方向垂直环形分路所在平面且指向纸外

大学物理第8章 稳恒磁场 课后习题及答案

第8章 稳恒磁场 习题及答案 6. 如图所示,AB 、CD 为长直导线,C B 为圆心在O 点的一段圆弧形导线,其半径为R 。若通以电流I ,求O 点的磁感应强度。 解:O 点磁场由AB 、C B 、CD 三部分电流产生,应用磁场叠加原理。 AB 在O 点产生的磁感应强度为 01=B C B 在O 点产生的磁感应强度大小为 θπμR I B 402=R I R I 123400μππμ=?=,方向垂直纸面向里 CD 在O 点产生的磁感应强度大小为 )cos (cos 4210 03θθπμ-=r I B )180cos 150(cos 60cos 40 0??-= R I πμ )2 31(20-=R I πμ,方向垂直纸面向里 故 )6 231(203210π πμ+- =++=R I B B B B ,方向垂直纸面向里 7. 如图所示,两根导线沿半径方向引向铁环上的A ,B 两点,并在很远处与电源相连。已知圆环的粗细均匀,求环中心O 的磁感应强度。 解:圆心O 点磁场由直电流∞A 和∞B 及两段圆弧上电流1I 与2I 所产生,但∞A 和∞B 在O 点 产生的磁场为零。且 θ πθ -==21221R R I I 电阻电阻 1I 产生的磁感应强度大小为 )(θππμ-= 241 01R I B ,方向垂直纸面向外 2I 产生的磁感应强度大小为 θπμR I B 4202=,方向垂直纸面向里 所以, 1) 2(21 21=-=θ θπI I B B 环中心O 的磁感应强度为 0210=+=B B B 8. 如图所示,一无限长载流平板宽度为a ,沿长度方向通过均匀电流I ,求与平板共面且距平板一边为b 的任意点P 的磁感应强度。 解:将载流平板看成许多无限长的载流直导线,应用叠加原理求解。 以P 点为坐标原点,垂直载流平板向左为x 轴正方向建立坐标系。在载流平板上取dx a I dI = ,dI 在P 点产生的磁感应

浙江工业大学大学物理稳恒磁场习题答案.

2014/08/20张总灯具灯珠初步设想 按照要求: 亮度比例关系:蓝光:白光:红光=1:1:8 光源总功率不超过20W。 一、蓝光光源: 1、光源形式:SMD 2835、芯片安萤11*28mil封装、 2、电路连接:2并20串、 3、光电参数: 单颗光源:IF:60mA、VF:3.0-3.2V、WLD:440-450nm、PO:0.2W、IV:3.5-4lm、 电路总输入:IF:120mA、VF:60-64V、WLD:440-450nm、PO:7.5W、IV:140-160lm、 4、成本:68元/K, πμT; 当cm r 5.45.3≤≤时, 2 1、光源形式:SMD 2835、库存光源第1KK或第2KK光源中正白色温、 2、电路连接:1并20串、 3、光电参数: 单颗光源:IF:20mA、VF:3.0-3.2V、CCT:6000K、PO:0.06W、IV:7-8lm、电路总输入:IF:20mA、VF:60-65V、PO:1.2W、IV:140-160lm、 成本:72元/K,

三、红光光源: 1、光源形式:SMD 2835、芯片连胜红光30*30mil封装、 2、电路连接:1并30串、 3、光电参数: 单颗光源:IF:150mA、VF:2.0-2.2V、WLD:640-660nm、PO:0.3W、IV:40- 45lm、 电路总输入:IF:150mA、VF:60-66V、WLD:640-660nm、PO:9.5W、IV:1200-1350lm、 4、成本:约420元/K, --=-?-=∑πσ r r r r r d d r d I B /4101.8(31.01079(24109(105104(24(234 222 423721222220-?=?--????=--=----πππμT; 当cm r 5.4≥时, 0∑=i I , B=0 图略 7-12 解:(1

大连理工大学大学物理作业10(稳恒磁场四)与答案详解

作业 10 稳恒磁场四 1. 载流长直螺线管内充满相对磁导率为 r 的均匀抗磁质,则螺线管内中部的磁感应强度B 和磁场强度 H 的关系是 [ ] 。 A. B 0 H B. B r H C. B 0H D. B 0 H 答案:【 D 】 解:对于非铁磁质,电磁感应强度与磁场强度成正比关系 B r H 抗磁质: r 1,所以, B H 2. 在稳恒磁场中,关于磁场强度 H 的下列几种说法中正确的是 [] 。 A. H 仅与传导电流有关。 B. 若闭合曲线内没有包围传导电流,则曲线上各点的 H 必为零。 C.若闭合曲线上各点 H 均为零,则该曲线所包围传导电流的代数和为零。 D.以闭合曲线 L 为边界的任意曲面的 H 通量相等。 答案:【 C 】 解:安培环路定理 H dl I 0 ,是说:磁场强度 H 的闭合回路的线积分只与传导电流 L 有关,并不是说:磁场强度 H 本身只与传导电流有关。 A 错。 闭合曲线内没有包围传导电流,只能得到:磁场强度 H 的闭合回路的线积分为零。并 不能说:磁场强度 H 本身在曲线上各点必为零。 B 错。 高斯定理 B dS 0 ,是说:穿过闭合曲面,场感应强度 B 的通量为零,或者说, . S 以闭合曲线 L 为边界的任意曲面的 B 通量相等。对于磁场强度 H ,没有这样的高斯定理。 不能说,穿过闭合曲面,场感应强度 H 的通量为零。 D 错。 安培环路定理 H dl I 0 ,是说:磁场强度 H 的闭合回路的线积分等于闭合回路 L 包围的电流的代数和。 C 正确。 抗磁质和铁磁质的 B H 曲线,则 Oa 表示 3. 图 11-1 种三条曲线分别为顺磁质、 ; Ob 表示 ; Oc 表示 。 答案:铁磁质;顺磁质; 抗磁质。 4. 某铁磁质的磁滞回线如图 11-2 所示,则 图中 Ob (或 Ob ' )表示 ; Oc (或 Oc ' )表示 。 答案:剩磁;矫顽力。

大学物理稳恒磁场习题及答案

衡水学院理工科专业《大学物理B 》稳恒磁场习题解答 一、填空题(每空1分) 1、电流密度矢量的定义式为:dI j n dS ⊥ = ,单位是:安培每平方米(A/m 2)。 2、真空中有一载有稳恒电流I 的细线圈,则通过包围该线圈的封闭曲面S 的磁通量Φ=0 .若通过S 面上某面元d S 的元磁通为d Φ,而线圈中的电流增加为2I 时,通过同一面元的元磁通为d Φ',则d Φ∶d Φ'=1:2 。 3、一弯曲的载流导线在同一平面内,形状如图1(O 点是半径为R 1和R 2的两个半圆弧的共同圆心,电流自无穷远来到无穷远去),则O 点磁感强度的大小是2 02 01 00444R I R I R I B πμμμ- + =。 4、一磁场的磁感强度为k c j b i a B ++= (SI),则通过一半径为R ,开口向z 轴正方向的半球壳表面的磁通量的大小为πR 2c Wb 。 5、如图2所示通有电流I 的两根长直导线旁绕有三种环路;在每种情况下,等于: 对环路a :d B l ?? =____μ0I__; 对环路b :d B l ?? =___0____; 对环路c :d B l ?? =__2μ0I__。 6、两个带电粒子,以相同的速度垂直磁感线飞入匀强磁场,它们的质量之比是1∶4,电荷之比是1∶2,它们所受的磁场力之比是___1∶2__,运动轨迹半径之比是_____1∶2_____。 二、单项选择题(每小题2分) ( B )1、均匀磁场的磁感强度B 垂直于半径为r 的圆面.今以该圆周为边线,作一半球面S ,则通过S 面的磁通量的大小为 A. 2πr 2B B. πr 2B C. 0 D.无法确定的量 ( C )2、有一个圆形回路1及一个正方形回路2,圆直径和正方形的边长相等,二者中通有大小相等的电流,它们在各自中心产生的磁感强度的大小之比B 1 / B 2为 A. 0.90 B. 1.00 C. 1.11 D.1.22 (D )3、如图3所示,电流从a 点分两路通过对称的圆环形分路,汇合于b 点.若ca 、bd 都沿环的径向,则在环形分路的环心处的磁感强度 A. 方向垂直环形分路所在平面且指向纸内 B. 方向垂直环形分路所在平面且指向纸外

大学物理稳恒磁场习题及答案

衡水学院理工科专业《大学物理B》稳恒磁场习题解答 一、填空题(每空1分) - dI O 1、电流密度矢量的定义式为:j =—L n ,单位是:安培每平方米(AIm)O dS丄 2、真空中有一载有稳恒电流I的细线圈,则通过包围该线圈的封闭曲面S的磁通量J-=0_?若通过S面上某面元dS 的元磁通为d①,而线圈中的电流增加为2I时,通过同一面元的元磁通为d①/,则族:曲Z=1:2 o 3、一弯曲的载流导线在同一平面内,形状如图1(0点是半径为R i和R2的两个半圆弧的共同圆心,电流自无穷远来 到无穷远去),则0点磁感强度的大小是B o M ’ O 4R1 4R24I R2 4、一磁场的磁感强度为^ai bj Ck (SI),则通过一半径为R,开口向Z轴正方向的半球壳表面的磁通量的大小为ΠcWb 5、如图2所示通有电流I的两根长直导线旁绕有三种环路;在每种情况下,等于: 对环路a:应B dl = _μp l=; 对环路b: ? B dl = 0 ; 对环路C:、B dl =_2 μg l—o 6、两个带电粒子,以相同的速度垂直磁感线飞入匀强磁场,它们的质量之比是 1 : 4,电荷之比是1 : 2,它们所受 的磁场力之比是 1 : 2 ,运动轨迹半径之比是 1 : 2 o 二、单项选择题(每小题2分) (B ) 1、均匀磁场的磁感强度B垂直于半径为r的圆面?今以该圆周为边线,作一半球面S,则通过S面的磁通量的 大小为 2 2 A. 2町B B. JT B C. 0 D.无法确定的量 (C ) 2、有一个圆形回路1及一个正方形回路2,圆直径和正方形的边长相等,二者中通有大小相等的电流,它们在各自中心产生的磁感强度的大小之比B1 I B2为 A. 0.90 B. 1.00 C. 1.11 D.1.22 (D) 3、如图3所示,电流从a点分两路通过对称的圆环形分路,汇合于b点.若ca、bd都沿环的径向,则在环形分路的环心处的磁感强度 A.方向垂直环形分路所在平面且指向纸内 B.方向垂直环形分路所在平面且指向纸外 C方向在环形分路所在平面内,且指向aD?为零

大学物理习题稳恒磁场

稳恒磁场 一、选择题 1. 一圆电流在其环绕的平面内各点的磁感应强度 B 【 】 (A) 方向相同, 大小相等; (B) 方向不同,大小不等; (C) 方向相同, 大小不等; (D) 方向不同,大小相等。 2. 电流由长直导线流入一电阻均匀分布的金属矩形框架,再从长直导线流出,设图中 321O ,O ,O 处的磁感应强度为 B B B 123,,,则 【 】 (A) B B B 123==; (B) 0B 0B B 321≠== ; (C) 0B ,0B ,0B 321=≠= ; (D) 0B ,0B ,0B 321≠≠= 3. 所讨论的空间处在稳恒磁场中,对于安培环路定律的理解,正确的是 【 】 (A) 若?=?L 0l d B ,则必定L 上 B 处处为零 (B) 若?=?L 0l d B , 则必定L 不包围电流 (C) 若?=?L 0l d B , 则L 所包围电流的代数和为零 (D) 回路L 上各点的 B 仅与所包围的电流有关。 4. 在匀强磁场中,有两个平面线圈,其面积21A 2A =, 通有电流21I 2I =, 它们所受 的最大磁力矩之比M M 12/等于 【 】 (A) 1 (B) 2 (C) 4 (D) 1/4 5. 由N 匝细导线绕成的平面正三角形线圈,边长为a , 通有电流I , 置于均匀外磁场 B 中,当线圈平面的法向与外磁场同向时,该线圈所受的磁力矩M m 值为: 【 】 (2) 选择题

(A) 2/IB Na 32, (B) 4/IB Na 32, (C) 60sin IB Na 32, (D) 0 6. 一带电粒子以速度 v 垂直射入匀强磁场 B 中,它的运动轨迹是半径为R 的圆, 若要半 径变为2R ,磁场B 应变为: 【 】 B 2 2) D (B 2 1 ) C (B 2)B (B 2) A ( 7. 图中所示是从云室中拍摄的正电子和负电子的轨迹照片,均匀磁场垂直纸面向里,由两 条轨 迹 可 以 判 断 【 】 (A) a 是正电子,动能大; (B) a 是正电子, 动能小; (C) a 是负电子,动能大; (D) a 是负电子,动能小。 8. 从电子枪同时射出两电子,初速分别为v 和2v ,方向如图所示, 经均匀磁场偏转后, 先回到出发点的是: 【 】 (A) 同时到达 (B) 初速为v 的电子 (C) 初速为2v 的电子 9. 有一电荷q 在均匀磁场中运动,下列哪种说法是正确的? (A )只要速度大小相同,所受的洛仑兹力就相同; (B )如果电荷q 改变为q -,速度v 反向,则受力的大小方向均不变; (C )已知v 、B 、F 中任意两个量的方向,就能判断第三个量的方向; (D )质量为m 的运动电荷,受到洛仑兹力作用后,其动能和动量均不变。 10. 设如图所示的两导线中的电流1I 、2I 均为5A ,根据安培环路定律判断下列表达式中错 误的是( ) (A )?=?a A l d H 5 ; (B )?=?c l d H 0 ; a b c ?? (7)选择题(8) 选择题

大学物理练习册-稳恒磁场

九、稳恒磁场 磁感应强度 9-1 如图9-1所示,一条无穷长载流20 A 的直导线在P 点被折成1200的钝角,设d =2cm , 求P 点的磁感应强度。 9-2半径为R 的圆弧形导线与一直导线组成回路,回路中通有电流I ,如图9-2所示,求弧心 O 点的磁感应强度(图中 ? 为已知量)。 9-3 两根长直导线沿半径方向引到铁环上A 、B 两点,并与很远的电源相连。如图9-3所示, 求环中心的磁感应强度。 图 9-1

磁矩 9-4一半径为R的薄圆盘,其中半径为r的阴影部分均匀带正电,面电荷密度为+s,其余部分均匀带负电,面电荷密度为-s(见图9-4)。设此盘以角速度为ω绕其轴线匀速转动时,圆盘中心O处的磁感应强度为零,问R和r有什么关系?并求该系统的磁矩。 图9-4 9-5氢原子处在正常态(基态)时,它的电子可看作是在半径为a=0.53×10-8cm的轨道(称为玻尔轨道)上作匀速圆周运动,若电子在轨道中心处产生的磁感应强度大小为12.5T,求(1)电子运动的速度大小?(2)该系统的磁矩。(电子的电荷电量e=1.6×10-19C)。

磁通量 9-6已知一均匀磁场的磁感应强度B=2T,方向沿x轴正方向,如图9-6所示,已知ab=cd =40cm,bc=ad=ef=30cm,be=cf=30cm。求:(1)通过图中abcd面的磁通量;(2)通过图中befc面的磁通量;(3)通过图中aefd面的磁通量。 图9-6 9-7两平行长直导线相距d=40cm,每根导线载有等量同向电流I,如图9-7所示。求:(1)两导线所在平面内,与左导线相距x(x在两导线之间)的一点P处的磁感应强度。(2)若I=20A,通过图中斜线所示面积的磁通量(r1=r3=10cm,l=25cm)。 图9-7

大学物理课后习题答案 稳恒磁场

第十一章 稳恒磁场 1、[E]依据()θπμθR I B 40= 和载流导线在沿线上任一点的0=B 得出答案。 2、[E]依据r I B πμ40= 和磁感强度的方向和电流的方向满足右手法则,得出答案。 3、[C]依据()210cos cos 4θθπμ-= R I B 和载流导线在沿线上任一点的0=B , 有:()[]445180cos 45cos 2 401?--= l I B π μ; π μμπl I I l 002222 22= ??,02=B 4、[D]依据()R I R I R I B 444000μππμθπμθ=?== 5、[C] r I B πμ40= 、 2 a r = 、 4 000108.0245sin 122-?==??= a I a I B πμπμ T 6、[D]依据()210 0cos cos 4θθπμ-= r I B ,应用21I I I +=,分别求出各段直导线电流的磁感强度,可知03=B 、方向相反,∴0≠B 7、[D]注意分流,和对L 回路是I 的正负分析得结论。 8、[B]洛伦兹力的方向向上,故从y 轴上方射出,qB m v R = ,轨迹的中心在qB m v y =处故 I I

射出点:qB m v R y 22= = 9、[B] 作出具体分析图是解决该题的关键。从图上看出: D R =αsin qB D qB m v R = = p eBD p qBD = =αsin p eBD sin arg =α 10、[D] 载流线圈在磁场中向磁通量增加的方向移动。当线圈在该状态时,磁通量已达最大,不可能通过转动来增加磁通量,因此不发生转动,而线圈靠近导线AB 磁通量增大。 应用安培力来进行分析:向左的磁力比向右的磁力大,因此想左靠近。 11、[B] 载流线圈在磁场中向磁通量增加的方向转动或移动,该题中移动不能增加磁通量,则发生转动,从上向下看线圈作顺时针方向转动,结果线圈相当一个条形磁铁,右侧呈现S 级,因此靠近磁铁。 12、[D] B P M m ?=,αsin B P M m =, m P 和B 平行, ∴ 0=α,0sin =α,0=M 13、[C] 应用r I B πμ20= 的公式分别计算出电流系统在各导线上代表点处的B ,然后用安培力的公式:B l I F ?=d d 计算出1F ,2F 用r 表示导线间的距离。 r I r I r I B πμπμπμ4743220001=+= r I r I r I B πμπμπμ0002232=+-=

大学物理稳恒磁场解读

大学物理稳恒磁场解读 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN

第十一章稳恒磁场 磁场由运动电荷产生。 磁场与电场性质有对称性,学习中应注意对比。 §11-1 基本磁现象 磁性,磁力,磁现象; 磁极,磁极指向性,N极,S极,同极相斥,异极相吸。 磁极不可分与磁单极。 一、电流的磁效应 1819年,丹麦科学家奥斯特发现电流的磁效应; 1820年,法国科学家安培发现磁场对电流的作用。 二、物质磁性的电本质 磁性来自于运动电荷,磁场是电流的场。 注:1932年,英国物理学家狄拉克预言存在“磁单极”,至今科学家一直在努力寻找其存在的证据。 §11-2 磁场磁感强度 一、磁场 磁力通过磁场传递,磁场是又一个以场的形式存在的物质。 二、磁感强度 磁感强度B的定义:

(1)规定小磁针在磁场中N极的指向为该点磁感强度B的方向。若正电荷沿此方向运动,其所受磁力为零。 (2)正运动电荷沿与磁感强度B垂直的方向运动时,其所受最大磁力F max与电荷电量q和运动速度大小v的乘积的比值,规定为磁场中某点磁感强度的大小。即: 磁感强度B是描写磁场性质的基本物理量。若空间各点B的大小和方向均相等,则该磁场为均匀磁场;若空间各点B的大小和方向均不随时间改变,称该磁场为稳恒磁场。 磁感强度B的单位:特斯拉(T)。 §11-3 毕奥-萨伐尔定律 一、毕-萨定律 电流元: 电流在空间的磁场可看成是组成电流的所有电流元在空间产生 元磁感强度的矢量和。 式中μ0:真空磁导率,μ0=4π×10-7 NA 2 dB的大小:

d B的方向:d B总是垂直于Id l与r组成的平面,并服从右手定则。 一段有限长电流的磁场: 二、应用 1。一段载流直导线的磁场 说明: (1)导线“无限长”:

大学物理电磁场练习题含答案

前面是答案和后面是题目,大家认真对对. 三、稳恒磁场答案 1-5 CADBC 6-8 CBC 三、稳恒磁场习题 1. 有一个圆形回路1及一个正方形回路2,圆直径和正方形的边长相等,二者中 通有大小相等的电流,它们在各自中心产生的磁感强度的大小之比B 1 / B 2为 (A) 0.90. (B) 1.00. (C) 1.11. (D) 1.22. [ ] 2. 边长为l 的正方形线圈中通有电流I ,此线圈在A 点(见图)产生的磁感强度B 为 (A) l I π420μ. (B) l I π220μ. (C) l I π02μ. (D) 以上均不对. [ ] 3. 通有电流I 的无限长直导线有如图三种形状,则P ,Q ,O 各点磁感强度的大小B P ,B Q ,B O 间的关系为: (A) B P > B Q > B O . (B) B Q > B P > B O . (C) B Q > B O > B P . (D) B O > B Q > B P . [ ]

4. 无限长载流空心圆柱导体的内外半径分别为 a 、 b ,电流在导体截面上均匀分布, 则空间各处的B ? 的大小与场点到圆柱中心轴线的距离r 的关系定性地如图所示.正确 的图是 [ ] 5. 电流I 由长直导线1沿平行bc 边方向经a 点流入由电阻均匀的导线构成的正三角形线框,再由b 点沿垂直ac 边方向流出,经长直导线2返回电源(如图).若载流直导 线1、2和三角形框中的电流在框中心O 点产生的磁感强度分别用1B ?、2B ? 和3B ?表示,则O 点的磁感强度大小 (A) B = 0,因为B 1 = B 2 = B 3 = 0. (B) B = 0,因为虽然B 1≠ 0、B 2≠ 0,但021=+B B ??,B 3 = 0. (C) B ≠ 0,因为虽然B 2 = 0、B 3= 0,但B 1≠ 0. (D) B ≠ 0,因为虽然021≠+B B ? ?,但B 3 ≠ 0. [ ] 6. 电流由长直导线1沿半径方向经a 点流入一电阻均匀的圆环,再由b 点沿切向从圆

大学物理稳恒磁场

第十一章稳恒磁场 磁场由运动电荷产生。 磁场与电场性质有对称性,学习中应注意对比。 §11-1 基本磁现象 磁性,磁力,磁现象; 磁极,磁极指向性,N极,S极,同极相斥,异极相吸。 磁极不可分与磁单极。 一、电流的磁效应 1819年,丹麦科学家奥斯特发现电流的磁效应; 1820年,法国科学家安培发现磁场对电流的作用。 二、物质磁性的电本质 磁性来自于运动电荷,磁场是电流的场。 注:1932年,英国物理学家狄拉克预言存在“磁单极”,至今科学家一直在努力寻找其存在的证据。 §11-2 磁场磁感强度 一、磁场 磁力通过磁场传递,磁场是又一个以场的形式存在的物质。

二、磁感强度 磁感强度B 的定义: (1)规定小磁针在磁场中N 极的指向为该点磁感强度B 的方向。若正电荷沿此方向运动,其所受磁力为零。 (2)正运动电荷沿与磁感强度B 垂直的方向运动时,其所受最大磁力F max 与电荷电量q 和运动速度大小v 的乘积的比值,规定为磁场中某点磁感强度的大小。即: qv F B max = 磁感强度B 是描写磁场性质的基本物理量。若空间各点B 的大小和方向均相等,则该磁场为均匀磁场....;若空间各点B 的大小和方向均不随时间改变,称该磁场为稳恒磁场.... 。 磁感强度B 的单位:特斯拉(T )。 §11-3 毕奥-萨伐尔定律 一、毕-萨定律 电流元: l Id 电流在空间的磁场可看成是组成电流的所有电流元l Id 在空间产生元磁感强度的矢量和。

式中μ0:真空磁导率,μ0=4π×10-7NA2 dB的大小: 2 sin 4r Idl dB θ π μ = d B的方向:d B总是垂直于Id l与r组成的平面,并服从右手定则。 一段有限长电流的磁场:? ?? = = l l r r l Id B d B 3 4π μ 二、应用 1。一段载流直导线的磁场 ) cos (cos 42 1 0θ θ π μ - = r I B 说明: (1)导线“无限长”: 2r I B π μ = (2)半“无限长”: 4 2 2 1 r I r I B π μ π μ = =

大学物理真空中的稳恒磁场习题集

第八章 真空中的稳恒磁场 8-1 已知均匀磁场,其磁感强度B = Wb ·m -2, 方向沿x 轴正向,如图所示.试求: (1) 通过图中abOc 面的磁通量; (2) 通过图中bedO 面的磁通量; (3) 通过图中acde 面的磁通量. (答案:-;0 Wb ;) 8-2 如图所示,一无限长直导线通有电流I =10 A ,在一处折成夹角??=60°的折线,求角平分线上与导线的垂直距离均为r = cm 的P 点处的磁感强度.(?0 =4?×10-7 H ·m -1) (答案:×10-3 T ,方向垂直纸面向上) 8-3 有一条载有电流I 的导线弯成如图示abcda 形状.其中ab 、cd 是直线段,其余为圆弧.两段圆弧的长度和半径分别为l 1、R 1和l 2、R 2,且两段圆弧 共面共心.求圆心O 处的磁感强度B 的大小. (答案: ]2sin 2sin [2cos 22 2 111 110R l R l R l R I +-πμ)(42 222110R l R l I -π+μ 方向?.)

8-4 将通有电流I 的导线在同一平面内弯成如图所示的形 状,求D 点的磁感强度B 的大小. (答案: )2 23(40b a I +π πμ) 8-5 已知半径为R 的载流圆线圈与边长为a 的载流正方形线圈的磁矩之比为2∶1,且载流圆线圈在中心O 处产生的磁感应强度为B 0,求在正方形线圈中心O '处的磁感强度的大小. (答案:03)/2(B a R ) 8-6 无限长直导线折成V 形,顶角为??,置于xy 平面内,一个角边与x 轴重合,如图.当导线中有电流I 时,求y 轴上一点P (0,a )处的磁感强度大小. (答案: )cos sin 1(cos 40θθθ μ-+a I π,方向垂直纸面向外) 8-7 在真空中,电流由长直导线1沿垂直于底边 bc 方向经a 点流入一由电阻均匀的导线构成的正三角 形金属线框,再由b 点从三角形框流出,经长直导线2沿cb 延长线方向返回电源(如图).已知长直导线上 的电流强度为I ,三角框的每一边长为l ,求正三角形的中心点O 处的磁 感强度B . (答案: )332(40-πl I μ,方向垂直纸面向里)

大连理工大学大学物理作业10(稳恒磁场四)及答案详解

作业 10 稳恒磁场四 1.载流长直螺线管内充满相对磁导率为r μ的均匀抗磁质,则螺线管内中部的磁感应强度B 和磁场强度H 的关系是[ ]。 A. 0B H μ> B. r B H μ= C. 0B H μ= D. 0B H μ< 答案:【D 】 解:对于非铁磁质,电磁感应强度与磁场强度成正比关系 H B r μμ0= 抗磁质:1≤r μ,所以,0B H μ< 2.在稳恒磁场中,关于磁场强度H →的下列几种说法中正确的是[ ]。 A. H →仅与传导电流有关。 B.若闭合曲线内没有包围传导电流,则曲线上各点的H →必为零。 C.若闭合曲线上各点H →均为零,则该曲线所包围传导电流的代数和为零。 D.以闭合曲线L 为边界的任意曲面的H →通量相等。 答案:【C 】 解:安培环路定理∑?=?0I l d H L ρρ,是说:磁场强度H ρ的闭合回路的线积分只与传导电流有关,并不是说:磁场强度H ρ本身只与传导电流有关。A 错。 闭合曲线内没有包围传导电流,只能得到:磁场强度H ρ的闭合回路的线积分为零。并不能说:磁场强度H ρ本身在曲线上各点必为零。B 错。 高斯定理0=???S S d B ρρ,是说:穿过闭合曲面,场感应强度B ρ的通量为零,或者说,. 以闭合曲线L 为边界的任意曲面的B ρ通量相等。对于磁场强度H ρ,没有这样的高斯定理。不能说,穿过闭合曲面,场感应强度H ρ的通量为零。D 错。 安培环路定理∑?=?0I l d H L ρρ,是说:磁场强度H ρ的闭合回路的线积分等于闭合回路 包围的电流的代数和。C 正确。 3.图11-1种三条曲线分别为顺磁质、抗磁质和铁磁质的B H -曲线,则Oa 表示 ;Ob 表示 ;Oc 表示 。 答案:铁磁质;顺磁质; 抗磁质。 图中Ob (或4.某铁磁质的磁滞回线如图11-2 所示,则'Ob )表示 ;Oc (或'Oc )表示 。 答案:剩磁;矫顽力。

大学物理电磁场练习题含标准答案

大学物理电磁场练习题含答案

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前面是答案和后面是题目,大家认真对对. 三、稳恒磁场答案 1-5 CADBC 6-8 CBC 三、稳恒磁场习题 1. 有一个圆形回路1及一个正方形回路2,圆直径和正方形的边长相等,二者中通有大小相等的电流,它们在各自中心产生的磁感强度的大小之比B1 / B2为 (A) 0.90.(B) 1.00. (C) 1.11.(D) 1.22.[] 2. A I I 边长为l的正方形线圈中通有电流I,此线圈在A点(见图)产生的磁感强度B为(A) l I π 4 2 μ .(B) l I π 2 2 μ . (C) l I π 2μ .(D) 以上均不对.[] 3. a I I I a a a a 2a I P Q O I a 通有电流I的无限长直导线有如图三种形状,则P,Q,O各点磁感强度的大小B P, B Q,B O间的关系为: (A) B P> B Q > B O . (B) B Q> B P > B O. (C) B Q > B O> B P.(D) B O > B Q > B P. []

4. a O B b r (A) O B b r (C) a O B b r (B) a O B b r (D) a 无限长载流空心圆柱导体的内外半径分别为a 、b ,电流在导体截面上均匀分布, 则空间各处的B 的大小与场点到圆柱中心轴线的距离r 的关系定性地如图所示.正确 的图是 [ ] 5. a b c I O 1 2 电流I 由长直导线1沿平行bc 边方向经a 点流入由电阻均匀的导线构成的正三角形线框,再由b 点沿垂直ac 边方向流出,经长直导线2返回电源(如图).若载流直导 线1、2和三角形框中的电流在框中心O 点产生的磁感强度分别用1B 、2B 和3B 表示,则O 点的磁感强度大小 (A) B = 0,因为B 1 = B 2 = B 3 = 0. (B) B = 0,因为虽然B 1≠ 0、B 2≠ 0,但021=+B B ,B 3 = 0. (C) B ≠ 0,因为虽然B 2 = 0、B 3= 0,但B 1≠ 0. (D) B ≠ 0,因为虽然021≠+B B ,但B 3 ≠ 0. [ ] 6. a b 2 I 1O 电流由长直导线1沿半径方向经a 点流入一电阻均匀的圆环,再由b 点沿切向从圆

大学物理稳恒磁场

大学物理稳恒磁场 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN

第十一章稳恒磁场 磁场由运动电荷产生。 磁场与电场性质有对称性,学习中应注意对比。 §11-1 基本磁现象 磁性,磁力,磁现象; 磁极,磁极指向性,N极,S极,同极相斥,异极相吸。 磁极不可分与磁单极。 一、电流的磁效应 1819年,丹麦科学家奥斯特发现电流的磁效应; 1820年,法国科学家安培发现磁场对电流的作用。 二、物质磁性的电本质 磁性来自于运动电荷,磁场是电流的场。 注:1932年,英国物理学家狄拉克预言存在“磁单极”,至今科学家一直在努力寻找其存在的证据。 §11-2 磁场磁感强度 一、磁场

磁力通过磁场传递,磁场是又一个以场的形式存在的物质。 二、磁感强度 磁感强度B 的定义: (1)规定小磁针在磁场中N 极的指向为该点磁感强度B 的方向。若正电荷沿此方向运动,其所受磁力为零。 (2)正运动电荷沿与磁感强度B 垂直的方向运动时,其所受最大磁力F max 与电荷电量q 和运动速度大小v 的乘积的比值,规定为磁场中某点磁感强度的大小。即: qv F B max 磁感强度B 是描写磁场性质的基本物理量。若空间各点B 的大小和方向均相等,则该磁场为均匀磁场....;若空间各点B 的大小和方向均不随时间改变,称该磁场为稳恒磁场.... 。 磁感强度B 的单位:特斯拉(T )。 §11-3 毕奥-萨伐尔定律 一、毕-萨定律 电流元: l Id 电流在空间的磁场可看成是组成电流的所有电流元l Id 在空间产生元磁感强度的矢量和。

3 04r r l Id B d ?=πμ 式中μ0:真空磁导率, μ0=4π×10-7 NA 2 dB 的大小: 2 0sin 4r Idl dB θ πμ= d B 的方向: d B 总是垂直于Id l 与r 组成的平面,并服从右手定则。 一段有限长电流的磁场: ???= =l l r r l Id B d B 30 4πμ 二、应用 1。一段载流直导线的磁场 )cos (cos 4210 0θθπμ-= r I B 说明: (1)导线“无限长”: 002r I B πμ=

第七章 稳恒磁场习题及答案大学物理

7章练习题 1、在磁感强度为B 的均匀磁场中作一半径为r 的半球面S ,S 边线所在平面的法线 方向单位矢量n 与B 的夹角为α ,则通过半球面S 的磁通量(取弯面向外为正)为 (A) πr 2B . . (B) 2 πr 2B . (C) -πr 2B sin α. (D) -πr 2 B cos α. 2、如图所示,电流I 由长直导线1经a 点流入由电阻均匀的导线构 成的正方形线框,由b 点流出,经长直导线2返回电源(导线1、2的延长线均通过O 点).设载流导线1、2和正方形线框中的电 流在框中心O 点产生的磁感强度分别用 1B 、2B 、3B 表示,则O 点的磁感强度大小 (A) B = 0,因为B 1 = B 2 = B 3 = 0. (B) B = 0,因为虽然B 1≠ 0、B 2≠ 0、B 3≠ 0,但 0321=++B B B . (C) B ≠ 0,因为虽然021=+B B ,但B 3≠ 0. (D) B ≠ 0,因为虽然B 3= 0,但021≠+B B . 3、通有电流I 的无限长直导线有如图三种形状,则P ,Q ,O 各点磁感强度的大小B P ,B Q ,B O 间的关系为: (A) B P > B Q > B O . (B) B Q > B P > B O . (C) B Q > B O > B P . (D) B O > B Q > B P . 4、磁场由沿空心长圆筒形导体的均匀分布的电 流产生,圆筒半径为R ,x 坐标轴垂直圆筒轴线,原点在中心轴线上.图(A)~(E)哪一条曲 线表示B -x 的关系? [ ] B x O R (D) B x O R (C) B x O R (E)

河北科技大学大学物理答案稳恒磁场要点

习 题 12-1 若电子以速度()()616120103010.m s .m s --=醋+醋v i j 通过磁场 ()0030.T =-B i ()015.T j 。(1)求作用在电子上的力;(2)对以同样速度 运动的质子重复上述计算。 解:(1) () ()k j i j i B v F 136610624.015.003.0100.3100.2-?=-??+?-=?-=e e (2)k F 1310624.0-?-= 12-2 一束质子射线和一束电子射线同时通过电容器两极板之间,如习题12-2图所示。问偏离的方向及程度有何不同? 质子射线向下偏移,偏移量较小;电子射线向上偏移,偏移量较大。 12-3 如习题12-3图所示,两带电粒子同时射入均匀磁场,速度方向皆与磁场垂直。(1)如果两粒子质量相同,速率分别是v 和2v ;(2)如果两粒子速率相同,质量分别是m 和2m ;那么,哪个粒子先回到原出发点? 解:qB m T π2= (1)同时回到原出发点;(2) 质量是m 先回到原出发点。 12-4 习题12-4 图是一个磁流体发电机的示意图。将气体加热到很 高温度使之电离而成为等离子体,并让它通过平行板电极1、2之间, 在这 习题12-2图 习题12-3图 习题12-4图

里有一垂直于纸面向里的磁场B 。试说明这两极之间会产生一个大小为vBd 的电压(v 为气体流速,d 为电极间距) 。问哪个电极是正极? 解:qE qvB =,vB E =,vBd Ed U ==,电极1是正极。 12-5 一电子以713010.m s v -=醋的速率射入匀强磁场内,其速度方向与 B 垂直,10T B =。已知电子电荷191610. C e --=-?。质量 319110.kg m -=?,求这些电子所受到的洛仑兹力,并与其在地面上所受 重力进行比较。 解:11719 108.410100.310 6.1--?=????==evB F N , 3031109.88.9101.9--?=??==g m G e N 18104.5?=G F 12-6 已知磁场B 的大小为04.T ,方向在xy 平面内,并与y 轴成3p 角。试求电量为10pC q =的电荷以速度()7110m s -=?v k 运动,所受的磁场力。 解:j i j i B 2.032.03 cos 4.06 cos 4.0+=+=π π ,k 710=v , ()() 4 7121032.02.02.032.0101010--?+-=+???=j i j i k F N 。 12-7 如习题12-7图所示,一电子在 20G B =的磁场里沿半径为20cm R =的螺旋线运动,螺距50.cm h =,如图所示,已知电子的荷质比 11117610.C kg e m -=醋,求这电子的速度。 习题12-7图

4大学物理习题_稳恒磁场

稳恒磁场 (B)闭合回路上各点磁感应强度都为零时, 回路内穿过电流的代数和必为零; (C)磁感应强度沿闭合回路的积分为零时, 回路上各点的磁感应强度必为零; (D) 磁感应强度沿闭合回路的积分不为零时,回路上任意一点的磁感应强度都不可能为零。 3?如图,在一圆形电流I所在的平面内,选取一个同心圆形闭合回路 理可知 (A ;: B dl =0,且环路上任意一点 (B)皆dl =0,且环路上任意一点 (C) B dl =0,且环路上任意一点 (D) B dl - 0,且环路上任意一点忙4?图中有两根“无限长”载流均为I (A)■:B dl =0,且环路上任意一点 (B)dl =0,且环路上任意一点 (C)L B dl =0,且环路上任意一点 (D) B dl - 0,且环路上任意一点J L 5 ?取一闭合积分回路L ,使三根载流导线穿过它所围成的面,现改变三根导线之 L,则由安培环路定的直导线,有一回路L ,则正确的是

间的相互 间隔,但不越出积分回路,则:

(A ) 回路 内 的、、? 不变, L 上各点的 B 不变; (B ) 回路 内的 不变, L 上各点的 B 改变; (C ) 回路 内的 改变, L 上各点的 B 不变; (D ) 回路 改变, L 上各点的 B 改变。 6?在球面上竖直和水平的两个载流圆线圈中, 通有相等的电流 I ,方向如图所示,则圆心 处磁感应强度B 的大小为 (A ) 土1 (B ) R 2R (D ) 4R 7.—长直载流 的导线, (B ) %1 ; ; 2n R (D ) &无限长直导线在 P 处弯成半径为 R 的圆,当通以电流I 时,则在圆心O 点的磁感应强度 大小等于 (A)虫 (C )诂(1 丄)。 (D )討丄) 图 AB ,圆心为O ,半径为R , 载有电流 的细导线分别均匀密绕在半径为 R 和r 的长直圆筒上形成两个螺线管, 10. 9. 一无限长载流I 的导线,中部弯成如图所示的四分之一圆周

大学物理-习题-稳恒磁场

稳恒磁场 一、选择题 1. 一圆电流在其环绕的平面内各点的磁感应强度 B 【 】 (A) 方向相同, 大小相等; (B) 方向不同,大小不等; (C) 方向相同, 大小不等; (D) 方向不同,大小相等。 2. 电流由长直导线流入一电阻均匀分布的金属矩形框架,再从长直导线流出,设图 中 3 21O ,O ,O 处的磁感应强度为 B B B 123,,, 则 【 】 (A) B B B 123==; (B) 0B 0B B 321≠== ; (C) 0B ,0B ,0B 321=≠= ; (D) 0B ,0B ,0B 321≠≠= 3. 所讨论的空间处在稳恒磁场中,对于安培环路定律的理解,正确的是 【 】 (A) 若?=?L 0l d B ,则必定L 上 B 处处为零 (B) 若?=?L 0l d B , 则必定L 不包围电流 (C) 若?=?L 0l d B , 则L 所包围电流的代数和为零 (D) 回路L 上各点的 B 仅与所包围的电流有关。 4. 在匀强磁场中,有两个平面线圈,其面积21A 2A =, 通有电流21I 2I =, 它们所受的最大磁力矩之比M M 12/等于 【 】 (A) 1 (B) 2 (C) 4 (D) 1/4 5. 由N 匝细导线绕成的平面正三角形线圈,边长为a , 通有电流I , 置于均匀 (2) 选择题

外磁场 B 中,当线圈平面的法向与外磁场同向时,该线圈所受的磁力矩M m 值为: 【 】 (A) 2/IB Na 3 2 , (B) 4/IB Na 32, (C) 60sin IB Na 32, (D) 0 6. 一带电粒子以速度 v 垂直射入匀强磁场 B 中,它的运动轨迹是半径为R 的圆, 若 要 半 径 变 为 2R ,磁场 B 应变为: 【 】 B 2 2) D (B 2 1 ) C (B 2)B (B 2) A ( 7. 图中所示是从云室中拍摄的正电子和负电子的轨迹照片,均匀磁场垂直纸面向里 , 由 两 条 轨 迹 可 以 判 断 【 】 (A) a 是正电子,动能大; (B) a 是正电子, 动能小; (C) a 是负电子,动能大; (D) a 是负电子,动能小。 8. 从电子枪同时射出两电子,初速分别为v 和2v ,方向如图所示, 经均匀磁场偏 转 后 , 先 回 到 出 发 点 的 是 : 【 】 (A) 同时到达 (B) 初速为v 的电子 (C) 初速为2v 的电子 9. 有一电荷q 在均匀磁场中运动,下列哪种说法是正确的 (A )只要速度大小相同,所受的洛仑兹力就相同; (B )如果电荷q 改变为q ,速度v 反向,则受力的大小方向均不变; (C )已知v 、B 、F 中任意两个量的方向,就能判断第三个量的方向; (7)选择题(8) 选择题

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