大學(xué)物理第8章 穩(wěn)恒磁場 課后習(xí)題及答案

第8章 穩(wěn)恒磁場習(xí)題及答案 6。 如圖所示,、為長直導(dǎo)線，為圓心在點的一段圓弧形導(dǎo)線，其半徑為。若通以電流，求點的磁感應(yīng)強度. 解：點磁場由、、三部分電流產(chǎn)生，應(yīng)用磁場疊加原理。 在點產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度為 在點產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度大小為 ，方向垂直紙面向里 在點產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度大小為 ,方向垂直紙面向里 故 ,方向垂直紙面向里 7. 如圖所示，兩根導(dǎo)線沿半徑方向引向鐵環(huán)上的，兩點，并在很遠處與電源相連。已知圓環(huán)的粗細(xì)均勻，求環(huán)中心的磁感應(yīng)強度。 解:圓心點磁場由直電流和及兩段圓弧上電流與所產(chǎn)生，但和在點產(chǎn)生的磁場為零。且 產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度大小為 ，方向垂直紙面向外產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度大小為 ，方向垂直紙面向里 所以， 環(huán)中心的磁感應(yīng)強度為 8。 如圖所示，一無限長載流平板寬度為，沿長度方向通過均勻電流，求與平板共面且距平板一邊為的任意點的磁感應(yīng)強度。 解：將載流平板看成許多無限長的載流直導(dǎo)線，應(yīng)用疊加原理求解. 以點為坐標(biāo)原點，垂直載流平板向左為軸正方向建立坐標(biāo)系。在載流平板上取，在點產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度大小為 ，方向垂直紙面向里 點的磁感應(yīng)強度大小為 方向垂直紙面向里。 9。 如圖所示，真空中有兩個點電荷,，分別帶有電量和，相距為。它們都以角速度繞軸轉(zhuǎn)動，軸與連線相互垂直，其交點為，距點為.求點的磁感應(yīng)強度。 解：電荷運動形成電流大小為 在點產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度大小為 方向沿方向 同理，電荷運動形成電流的電流在點產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度大小為 方向沿的反方向 所以,點的磁感應(yīng)強度大小為 方向沿方向 10。 已知磁感應(yīng)強度大小Wbm—2的均勻磁場,方向沿軸正方向，如圖所示。試求:(1)通過圖中面的磁通量；（2）通過圖中面的磁通量；(3)通過圖中面的磁通量. 解：（1)通過面積的磁通量為 (2）通過面積的磁通量為 （3)通過面積的磁通量為 11．如圖所示,真空中一半徑為的金屬小圓環(huán),在初始時刻與一半徑為（）的金屬大圓環(huán)共面且同心，在大圓環(huán)中通以恒定的電流，如果小圓環(huán)以勻角速度繞其直徑轉(zhuǎn)動，求任一時刻通過小圓環(huán)的磁通量。 解:載流大圓環(huán)在圓心處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度大小為 ，方向垂直紙面向外 任一時刻通過小圓環(huán)的磁通量為 12. 如圖所示，電流，求沿回路、以及的磁感應(yīng)強度的環(huán)流。 解：由安培環(huán)路定理得 13. 一根很長的同軸電纜,由一導(dǎo)體圓柱（半徑為）和一同軸的導(dǎo)體圓管（內(nèi)、外半徑分別為，）構(gòu)成，橫截面如圖所示。使用時,電流從一導(dǎo)體流去,從另一導(dǎo)體流回，設(shè)電流都是均勻地分布在導(dǎo)體的橫截面上.求：(1)導(dǎo)體圓柱內(nèi)（＜）；(2）兩導(dǎo)體之間（＜＜）；（3）導(dǎo)體圓筒內(nèi)（＜＜)以及(4）電纜外（＞）各點處磁感應(yīng)強度的大小。 解：磁場分布具有軸對稱性,在橫截面內(nèi)取同心圓為回路，應(yīng)用安培環(huán)路定理,有 （1)當(dāng)時，，所以 (2)當(dāng)時，，所以 (3）當(dāng)時，，所以 (4）當(dāng)時，，所以 14。 有一長直導(dǎo)體圓管,內(nèi)外半徑分別為R1和R2,如圖所示，它所載的電流均勻分布在其橫截面上。導(dǎo)體旁邊有一絕緣“無限長”直導(dǎo)線，載有電流，且在中部繞了一個半徑為的圓圈。設(shè)導(dǎo)體管的軸線與長直導(dǎo)線平行，相距為,而且它們與導(dǎo)體圓圈共面,求圓心點處的磁感應(yīng)強度。 解：應(yīng)用磁場疊加原理求解。 長直載流導(dǎo)體圓管產(chǎn)生的磁場分布具有軸對稱性，在橫截面內(nèi)取圓心在軸線上、過點的圓周為回路，應(yīng)用安培環(huán)路定理，有 所以，長直載流導(dǎo)體圓管在點產(chǎn)生的磁感強度大小為 ，方向垂直紙面向里 電流的長直導(dǎo)線在點產(chǎn)生的磁感強度大小為 ，方向垂直紙面向外 電流的圓線圈在點產(chǎn)生的磁感強度大小為 ，方向垂直紙面向外 所以，點的磁感強度大小為 方向垂直紙面向外。 15。在半徑為的長直圓柱形導(dǎo)體內(nèi)部，與軸線平行地挖成一半徑為的長直圓柱形空腔，兩軸間距離為，且＞,橫截面如圖所示?，F(xiàn)在電流沿導(dǎo)體管流動，電流均勻分布在管的橫截面上，而電流方向與管的軸線平行.求： (1)圓柱軸線上的磁感應(yīng)強度的大?。? (2）空心部分軸線上的磁感應(yīng)強度的大小。 解：在空腔處補上沿導(dǎo)體管流動、在橫截面均勻分布的電流和，應(yīng)用補償法求解。 電流和在空間產(chǎn)生的磁場相互抵消,因此空間各點磁場可看作半徑為、電流均勻分布在橫截面上的圓柱導(dǎo)體和半徑為、電流均勻分布在橫截面上的圓柱導(dǎo)體產(chǎn)生的磁場的疊加。 和的大小為 和產(chǎn)生的磁場分布具有軸對稱性，應(yīng)用安培環(huán)路定理求磁感應(yīng)強度。 （1）電流在點產(chǎn)生的，電流在點產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度滿足 圓柱軸線上的點的大小為 (2)電流在點產(chǎn)生的，電流在點產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度滿足 空心部分軸線上點磁感應(yīng)強度的大小為 16. 通以電流的導(dǎo)線形狀如圖所示，,弧是半徑為的半圓周，置于磁感應(yīng)強度為的均勻磁場中,的方向垂直紙面向里。求此導(dǎo)線受到安培力的大小和方向。 解：應(yīng)用安培定律求解。 邊受力大小為 ，方向：向左 邊受力大小為 ，方向:向右 對于邊，建立圖示坐標(biāo)系。 在邊上取電流元， 根據(jù)對稱性有 此導(dǎo)線受到安培力的大小為，方向沿軸正向。 17.在長直導(dǎo)線內(nèi)通以電流,在矩形線圈中通有電流，與線圈共面,且，都與平行，線圈的尺寸及位置均如圖所示。求：導(dǎo)線的磁場對矩形線圈每邊所作用的力及矩形線圈所受合力。 解：方向垂直向左，大小 同理，方向垂直向右，大小 方向垂直向上，大小為 方向垂直向下，大小為  線圈所受合力方向向左，大小為 18。 有圓線圈直徑8cm，共12匝，通電流5A,將此線圈置于磁感應(yīng)強度為 0.6T的勻強磁場中.試求: （1）作用在線圈上的最大磁力矩; （2）線圈法線方向與磁場方向夾角多大時，力矩是線圈上最大力矩的一半？（取最小角度） 解：(1) (2），所以 19。 一線圈由半徑為的1/4圓弧和相互垂直的二直線組成,通以電流，把它放在磁感應(yīng)強度大小為的均勻磁場中（磁感應(yīng)強度B的方向如圖所示).求： （1）線圈平面與磁場垂直時，圓弧所受的磁力; （2)線圈平面與磁場成60角時,線圈所受的磁力矩大小。 解：（1）建立圖示坐標(biāo)系。在圓弧上取電流元 根據(jù)對稱性有 圓弧所受的磁力的大小為,方向與直線垂直，且與的夾角為; （2）線圈的磁矩大小為 線圈所受的磁力矩大小為 20.電子在的勻強磁場中作圓周運動,圓周半徑。已知垂直于紙面向外，某時刻電子在點，速度向上，如圖所示。 （1）試畫出這電子運動的軌道； (2)求這電子速度的大?。? （3）求這電子的動能. 解：（1)軌跡如圖 （2）由牛頓第二定律得， 故 (3) 21。 如圖所示的三條線表示三種不同磁介質(zhì)的關(guān)系曲線，虛線是=關(guān)系的曲線，試指出哪一條是表示順磁質(zhì)？哪一條是表示抗磁質(zhì)？哪一條是表示鐵磁質(zhì)? 解：曲線Ⅱ是順磁質(zhì)，曲線Ⅲ是抗磁質(zhì)，曲線Ⅰ是鐵磁質(zhì). 22. 一長直同軸電纜線由半徑為的導(dǎo)體和套在它外面的半徑為的同軸薄導(dǎo)體圓筒組成。已知導(dǎo)體內(nèi)的相對磁導(dǎo)率為，導(dǎo)體與薄導(dǎo)體圓筒之間的絕緣材料的相對磁導(dǎo)率為。若電流由導(dǎo)體流入(電流在截面上均勻分布）而從薄導(dǎo)體圓筒流出，求： （1）磁介質(zhì)內(nèi)、外的磁場強度的分布； （2)磁介質(zhì)內(nèi)外的磁感應(yīng)強度的分布。 解：（1）磁場分布具有軸對稱性，在橫截面內(nèi)取圓心在軸線上、半徑為的圓周為回路，應(yīng)用介質(zhì)中的安培環(huán)路定理，有 當(dāng)時,，所以 當(dāng)時，，所以 當(dāng)時，，所以 （2）,所以 當(dāng)時， 當(dāng)時， 當(dāng)時， 23. 細(xì)螺繞環(huán)中心周長,環(huán)上線圈匝數(shù)匝，線圈中通有電流。求: (1）當(dāng)管內(nèi)是真空時，管中心的磁場強度和磁感應(yīng)強度； （2)若環(huán)內(nèi)充滿相對磁導(dǎo)率的磁性物質(zhì)，則管內(nèi)的和各是多少？ 解:（1) 取同心圓周為回路，應(yīng)用介質(zhì)中的安培環(huán)路定理，有 (2） 7