恒定电流的磁场 一 作业答案

发布 2022-07-20 06:06:28 阅读 5662

第八章恒定电流的磁场(一)

一。 选择题:

1.(基础训练3)[ b ].有一无限长通电流的扁平铜片,宽度为a,厚度不计,电流i在铜片上均匀分布,在铜片外与铜片共面,离铜片右边缘为b处的p点(如图)的磁感强度的大小为。

ab) .(cd

提示: 2.(基础训练4)[ d ]如图,两根直导线ab和cd沿半径方向被接到一个截面处处相等的铁环上,稳恒电流i从a端流入而从d端流出,则磁感强度沿图中闭合路径l的积分等于

(abcd) .

提示。3、(自测提高1)[ d ]1、无限长直圆柱体,半径为r,沿轴向均匀流有电流.设圆柱体内( r < r )的磁感应强度为bi,圆柱体外( r > r )的磁感应强度为be,则有。

(a) bi、be均与r成正比。

(b) bi、be均与r成反比。

(c) bi与r成反比,be与r成正比。

d) bi与r成正比,be与r成反比.

提示: 当r r时

4、自测提高7[c ]如图,正方形的四个角上固定有四个电荷量均为q的点电荷.此正方形以角速度ω绕ac轴旋转时,在中心o点产生的磁感应强度大小为b1;此正方形同样以角速度ω绕过o点垂直于正方形平面的轴旋转时,在o点产生的磁感应强度的大小为b2,则b1与b2间的关系为。

(a) b1 = b2b) b1 = 2b2

(c) b1 = b2. (d) b1 = b2 /4

提示: 设正方形边长为,,

两种情况下正方形旋转时的角速度ω相同,所以每个点电荷随着正方形旋转时形成的等效电流相同, 为

当正方形绕ac轴旋转时,一个点电荷在点产生的磁感应强度的大小为,实际上有两个点电荷同时绕旋转产生电流,在点产生的总磁感应强度的大小为。

同理,当正方形绕过o点垂直于正方形平面的轴旋转时,在o点产生的磁感应强度的大小为。

故有。5. 附录c 2[ b ]有一半径为的单匝圆线圈,通以电流,若将该导线弯成匝数为的平面圆线圈,导线长度不变,并通以同样的电流,则线圈中心的磁感应强度和磁矩分别是原来的:

a) 4倍和1/8 (b) 4倍和1/2

(c) 2倍和1/4d) 2倍和1/2

提示:由半径为的单匝线圈弯成匝数为的线圈以后,每一个线圈的半径变为,故磁感应强度变为原来的2倍,磁矩变为原来的1/4,总的变化为4倍和1/2

二。 填空题。

6.(基础训练11)均匀磁场的磁感强度与半径为r的圆形平面的法线的夹角为α,今以圆周为边界,作一个半球面s,s与圆形平面组成封闭面如所示.则通过s面的磁通量φ =

提示:根据磁场的高斯定理,通过s面的磁通量数值上等于通过圆平面的通量。当题中涉及的是封闭曲面时,面的法向方向指向凸的一面,因此通过s面的磁通量为负值。

7((基础训练13)如图所示,在无限长直载流导线的右侧有面积为s1和s2的两个矩形回路.两个回路与长直载流导线在同一平面,且矩形回路的一边与长直载流导线平行.则通过面积为s1的矩形回路的磁通量与通过面积为s2的矩形回路的磁通量之比为 1:1

提示:设矩形回路的高为,则通过面积为s1的矩形回路的磁通量。

同理通过面积为s1的矩形回路的磁通量。

8.(基础训练17)一质点带有电荷q =8.0×10-10 c,以速度v =3.

0×105 m·s-1在半径为r =6.00×10-3 m的圆周上,作匀速圆周运动.该带电质点在轨道中心所产生的磁感强度b =_6.67×10-7(t),该带电质点轨道运动的磁矩pm =_7.

2×10-7(am2)__0 =4π×10-7 h·m-1)

提示: 9.(基础训练18)将半径为r的无限长导体薄壁管(厚度忽略)沿轴向割去一宽度为h ( h <

提示: 利用填补法思想

10.(自测提高13)、一半径为a的无限长直载流导线,沿轴向均匀地流有电流i.若作一个半径为r = 5a、高为l的柱形曲面,已知此柱形曲面的轴与载流导线的轴平行且相距3a (如图所示).则在圆柱侧面s上的积分 __0

提示:根据无限长直载流导线产生磁场的对称性,其产生磁场的磁感应线穿入侧面的根数(磁通量为负)与穿出的根数(磁通量为正)相同,代数和为零。

11、(自测提高17)、如图所示,在宽度为d的导体薄片上有电流i沿此导体长度方向流过,电流在导体宽度方向均匀分布.导体外在导体中线附近处p点的磁感应强度的大小为。

提示:三。计算题。

12. (基础训练21)一根无限长导线弯成如图形状,设各线段都在同一平面内(纸面内),其中第二段是半径为r的四分之一圆弧,其余为直线.导线中通有电流i,求图示中o点处的磁感应强度.

解: b1=b4=0

方向垂直纸面向里。

方向垂直纸面向里。

方向垂直纸面向里。

13.(基础训练23). 如图所示,半径为r,线电荷密度为λ (0)的均匀带电的圆线圈,绕过圆心与圆平面垂直的轴以角速度ω转动,求轴线上任一点的的大小及其方向.

解: 圆线圈的总电荷 ,转动时等效的电流为,代入环形电流在轴线上产生磁场的公式得。

方向沿y轴正向。

14.(基础训练25). 一无限长的电缆,由一半径为a的圆柱形导线和一共轴的半径分别为b、c的圆筒状导线组成,如图所示。在两导线中有等值反向的电流i通过,求:

(1)内导体中任一点(r(2)两导体间任一点(a(3)外导体中任一点(b(4)外导体外任一点(r>c)的磁感应强度。

解:用安培环路定理。磁感应强度的方向与内导线的电流成右手螺旋关系。其大小满足:

(r为场点到轴线的距离)

15.(自测提高26)在一半径r =1.0 cm的无限长半圆筒形金属薄片中,沿长度方向有横截面上均匀分布的电流i = 5.0 a通过.试求圆柱轴线任一点的磁感强度.(μ0 =4π×10-7 n/a2)

解:如图所示,在1/2圆筒上取dl段,其中电流为。

在p点 (轴。

选坐标如图

即半圆筒电流关于y轴对称,所以在p点产生的总的磁感应强度为:

y方向的矢量和为零;

x方向的合磁感应强度为: 方向沿负x轴。

四[附加题]

16. 例题11-6 在半径为a的无限长金属圆柱体内挖去一半径为的无限长柱体,两柱体轴线平行,轴间距为。空心导体沿轴向通有电流i并沿截面均匀分布。

1)求腔内两柱体轴线连线上任一点的磁感应强度。

2)证明腔内磁场是均匀磁场。

解:【答案见参考书】(1) 空腔柱体电流产生的磁场(磁感应强度用表示),看成是完整柱体电流在点产生的磁场(用表示)与在空腔处存在一个电流密度相同、电流方向相反的柱体电流产生的磁场(用表示)的叠加。如图 (b)所示。

即。而、方向相同,故:

2)如图 (c)所示,在空腔柱体内任取一点n,空腔柱体电流在n点产生磁场的磁感应强度用表示。由

根据安培环路定理:,方向与环路内电流构成右手螺旋关系,如图 (c)示。

同理:,方向如图 (c)示。

考虑电流的方向、矢径的方向以及的方向关系,将、写为:

所以,空腔柱体电流在n点产生的磁感应强度为。

可见腔内磁感应强度大小为,方向只与连线有关(与连线垂直),与点在腔内的位置无关,即空腔内的场是均匀磁场。

17. (自测提高28)用安培环路定理证明,图中所表示的那种不带边缘效应的均匀磁场不可能存在.

证明:用反证法。

假设存在图中那样不带边缘效应的均匀磁场,并设磁感强度的大小为b.作矩形有向闭合环路如图所示,其ab边在磁场内,其上各点的磁感强度为b,cd边在磁场外,其上各点的磁感强度为零.由于环路所围的面积没有任何电流穿过,因而根据安培环路定理有:

因.所以 b = 0,这不符合原来的假设.故这样的磁场不可能存在.

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