65. 如图所示,几种载流导线在平面内分布,电流均为i,求:它们在o点的磁感应强度。
1方向垂直纸面向外。
2 方向垂直纸面向里。
3 方向垂直纸面向外。
66. 一半径为r的均匀带电无限长直圆筒,电荷面密度为σ,该筒以角速度ω绕其轴线匀速旋转。试求圆筒内部的磁感应强度。
解:如图所示,圆筒旋转时相当于圆筒上具有同向的面电流密度i,
作矩形有向闭合环路如图中所示.从电流分布的对称性分析可知,在上各点的大小和方向均相同,而且的方向平行于,在和上各点的方向与线元垂直,在,上各点.应用安培环路定理
可得。圆筒内部为均匀磁场,磁感强度的大小为,方向平行于轴线朝右.
67.在半径为r的长直金属圆柱体内部挖去一个半径为r的长直圆柱体,两柱体轴线平行,其间距为a(如图)。今在此导体内通以电流i,电流在截面上均匀分布,求:空心部分轴线上o 点的磁感应强度的大小。
解: 68.一无限长圆柱形铜导体,半径为r,通以均匀分布的i今取一矩形平面s(长为l,宽为2r),位置如图,求:通过该矩形平面的磁通量。
解:在圆柱体内部与导体中心轴线相距为r处的磁感强度的大小,由安培环路定律可得。
因而,穿过导体内画斜线部分平面的磁通φ1为。
在圆形导体外,与导体中心轴线相距r处的磁感强度大小为
因而,穿过导体外画斜线部分平面的磁通φ2为。
穿过整个矩形平面的磁通量
69.如图所示,载有电流i1和i2的无限长直导线相互平行,相距3r,今有载有电流i3的导线mn = r水平放置,其两端m、n分别与i1、i2距离均为r,三导线共面,求:导线mn所受的磁场力的大小与方向。
解:载流导线mn上任一点处的磁感强度大小为:
mn上电流元i3dx所受磁力:
若 ,则的方向向下,,则的方向向上
70.一线圈由半径为0.2m的1/4圆弧和相互垂直的二直线组成,通以电流2a,把它放在磁感应强度为0.5t的垂直纸面向里的均匀磁场中,求(1)线圈平面与磁场垂直时,圆弧ab所受的力;(2)线圈正法线方向和磁场成30°时,线圈所受的磁力矩。
解:(1) 圆弧ac所受的磁力:在均匀磁场中ac 通电圆弧所受的磁力与通有相同电流的直线所受的磁力相等,故有fac =n
方向:与ac直线垂直,与oc夹角45°,如图.
2) 磁力矩:线圈的磁矩为
本小问中设线圈平面与成60°角,则与成30°角,有力矩。
m =1.57×10-2 n·m 方向:力矩将驱使线圈法线转向与平行。
71.有一无限大平面导体薄板,自上而下通有电流。已知其电流面密度为i。(1)试求:
板外空间任一点的磁感应强度;(2)有一质量为m、带电量为q(q>0)的粒子,以速度v沿平板法线方向向外运动,求:带电粒子最初至少在距板什么位置处才不与大平板碰撞,需经多长时间才能回到初始位置?
解:(1) 由安培环路定理: (大小) 方向:在板右侧垂直纸面向里
(2) 由洛伦兹力公式可求 (至少从距板r处开始向外运动)
返回时间 72.如图所示,半径为r的木球上绕有密集的细导线,线圈平面彼此平行,且以单层线圈覆盖半个球面,设线圈的总匝数为n,通过线圈的电流为i。求:球心o处的磁感应强度。
解:坐标选取如图:
其中 方向沿x轴正向。
73.一电子以速度 v垂直地进入磁感应强度为b的均匀磁场中(如图)。求:此电子在磁场中运动轨道所围的面积内的磁通量示多少?
解: ∵半径。
磁通量 74.一半径为r=1.0cm的无限长1/4圆柱形金属薄片,沿轴向通以电流i=10.0a的电流,设电流在金属片上均匀分布,试求:圆柱轴线上任意一点p的磁感应强度。
解:取dl段,其中电流为
在p点 选坐标如图 ,
1.8×10-4 t
方向225°,α为与x轴正向的夹角.
75.一半径为 r的圆筒形导体通以电流i,筒壁很薄,可视为无限长,筒外有一层厚为d,磁导率为的均匀顺磁性介质,介质外为真空。画出此磁场的h— r曲线及b— r曲线(要求:在图上标明各曲线端点的坐标及所代表的函数值)
76.螺绕环中心周长l=30cm,横截面s=1.0cm2,环上紧密地绕有n=300匝的线圈。当导线中电流i=32ma,通过环截面的磁通量 =2.
0 10-6wb,求:铁芯的磁化率 m。
解: b = s=2.0×10-2 t
32 a/m
6.25×10-4 t·m/a
77.均匀带电刚性细杆ab,线电荷密度为 ,绕垂直于直线的轴o以角速度匀速转动(o点在细杆ab延长线上).求:(1) o点的磁感强度;(2) 系统的磁矩;(3) 若a >>b,求b0及pm
方向垂直纸面向里。
78.如图所示,两个共面的带动圆环,其内外径分别为r1、r2和r2、r3,外面的圆环以每秒钟n2转顺时针转动,里面的圆环一每秒钟n1转的转速反时针转动,若二者电荷面密度均为σ,求:n1和n2的比值多大时,圆心处磁感应强度为零。
解:(1) 在内圆环上取半径为r宽度为dr的细圆环,其电荷为
由于转动而形成的电流
di在o点产生的磁感强度为。
其方向垂直纸面向外。
(2) 整个内圆环在o点产生的磁感强度为
其方向垂直纸面向外。
(3) 同理得外圆环在o点产生的磁感强度。
其方向垂直纸面向里.
(4) 为使o点的磁感应强度为零,b1和b2的量值必须相等,
即。于是求得n1和n2之比。
79.两个半径分别为r和r的同轴圆形线圈相距x,且r >>r,x >>r.若大线圈通有电流i而小线圈沿x轴方向以速率v运动,试求x =nr时(n为正数)小线圈回路中产生的感应电动势的大小.
答:由题意,大线圈中的电流在小线圈回路处产生的磁场可视为均匀的.
故穿过小回路的磁通量为。
由于小线圈的运动,小线圈中的感应电动势为。
当时,小线圈回路中的感应电动势为。
80.一导线弯成如图形状,放在均匀磁场中,的方向垂直图面向里. ∠bcd =60°,bc =cd =a.使导线绕轴oo'旋转,如图,转速为每分钟n转.计算 oo '.b c
b d 解。
81.电量q均匀分布在半径为a、长为l (l>>a) 的绝缘薄壁长圆筒表面上,圆筒以角速度绕中心轴线旋转。一半径为2a、电阻为r的单匝圆形线圈套在圆筒上(如图所示)。若圆筒转速按照0(1-t/t0)的规律(和t0是已知常数)随时间线性地减少,求:
圆形线圈中感应电流的大小和方向。
解:筒以ω旋转时,相当于表面单位长度上有环形电流,它和通电流螺线管的ni等效.按长螺线管产生磁场的公式,筒内均匀磁场磁感强度为:
方向沿筒的轴向。
筒外磁场为零.穿过线圈的磁通量为:
在单匝线圈中产生感生电动势为。
感应电流i为i的流向与圆筒转向一致.
82.两根平行放置相距为2a的无限长载流直导线,其中一根通以稳恒电流i0,另一根通以交变电流i =i0cost.两导线间有一与其共面的矩形线圈,线圈的边长分别为l和2b,l边与长直导线平行,且线圈以速度垂直直导线向右运动(如图).当线圈运动到两导线的中心位置(即线圈中心线与距两导线均为a的中心线重合)时,两导线中的电流方向恰好相反,且i =i0,求:此时线圈中的感应电动势。
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