大學(xué)物理第8章穩(wěn)恒磁場(chǎng)課后習(xí)題及答案

1、第8章 穩(wěn)恒磁場(chǎng) 習(xí)題及答案6. 如圖所示，、為長直導(dǎo)線，為圓心在點(diǎn)的一段圓弧形導(dǎo)線，其半徑為。若通以電流，求點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。解：點(diǎn)磁場(chǎng)由、三部分電流產(chǎn)生，應(yīng)用磁場(chǎng)疊加原理。在點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度為在點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為 ，方向垂直紙面向里在點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)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(diǎn)，并在很遠(yuǎn)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(qiáng)度。解：圓心點(diǎn)磁場(chǎng)由直電流和及兩段圓弧上電流與所產(chǎn)生，但和在點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)為零。且產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為，方向垂直紙面向外產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為，方向垂直紙面向里所以， 環(huán)中心的磁

2、感應(yīng)強(qiáng)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(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)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(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，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(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為，方向垂直紙面向里點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為方向垂直紙面向里。9. 如圖所示，真空中有兩個(gè)點(diǎn)電荷,分別帶有電量和，相距為。它們都以角速度繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，軸與連線相互垂直，其交點(diǎn)為，距點(diǎn)為。求點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。解：電荷運(yùn)動(dòng)形成電流大小為在點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為方向沿方向同理，電荷運(yùn)動(dòng)形成電流的電流在點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為方向沿的反

3、方向所以，點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為方向沿方向10. 已知磁感應(yīng)強(qiáng)度大小Wb·m-2的均勻磁場(chǎng)，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(shí)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(dòng)，求任一時(shí)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(qiáng)度大小為，方向垂直紙面向外任一時(shí)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

4、磁感應(yīng)強(qiáng)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(shí)，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(diǎn)處磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小。解：磁場(chǎng)分布具有軸對(duì)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(shí)，所以(2)當(dāng)時(shí)，所以(3)當(dāng)時(shí)，所以(4)當(dāng)時(shí)，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

5、長”直導(dǎo)線，載有電流，且在中部繞了一個(gè)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(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度。解：應(yīng)用磁場(chǎng)疊加原理求解。長直載流導(dǎo)體圓管產(chǎn)生的磁場(chǎng)分布具有軸對(duì)稱性，在橫截面內(nèi)取圓心在軸線上、過點(diǎn)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(diǎn)產(chǎn)生的磁感強(qiáng)度大小為，方向垂直紙面向里電流的長直導(dǎo)線在點(diǎn)產(chǎn)生的磁感強(qiáng)度大小為，方向垂直紙面向外電流的圓線圈在點(diǎn)產(chǎn)生的磁感強(qiáng)度大小為，方向垂直紙面向外所以，點(diǎn)的磁感強(qiáng)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

6、?，F(xiàn)在電流沿導(dǎo)體管流動(dòng)，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(qiáng)度的大??；(2)空心部分軸線上的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小。解：在空腔處補(bǔ)上沿導(dǎo)體管流動(dòng)、在橫截面均勻分布的電流和，應(yīng)用補(bǔ)償法求解。電流和在空間產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互抵消，因此空間各點(diǎn)磁場(chǎng)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(chǎng)的疊加。 和的大小為和產(chǎn)生的磁場(chǎng)分布具有軸對(duì)稱性，應(yīng)用安培環(huán)路定理求磁感應(yīng)強(qiáng)度。（1）電流在點(diǎn)產(chǎn)生的，電流在點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度滿足圓柱軸線上的點(diǎn)的大小為 (2) 電流在點(diǎn)產(chǎn)生的，電流在點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度滿足 空心部分軸線上點(diǎn)

7、磁感應(yīng)強(qiáng)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(qiáng)度為的均勻磁場(chǎng)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(duì)于邊，建立圖示坐標(biāo)系。在邊上取電流元， 根據(jù)對(duì)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(chǎng)對(duì)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

8、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(qiáng)度為 0.6T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)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(chǎng)方向夾角多大時(shí)，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(qiáng)度大小為的均勻磁場(chǎng)中(磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向如圖所示)。求：(1)線圈平面與磁場(chǎng)垂直時(shí)，圓弧所受的磁力；(2)線圈平面與磁場(chǎng)成60°角時(shí)，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(duì)稱性有 圓弧所受的磁力的大小為，方向與直線垂直，

9、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(qiáng)磁場(chǎng)中作圓周運(yùn)動(dòng)，圓周半徑。已知垂直于紙面向外，某時(shí)刻電子在點(diǎn)，速度向上，如圖所示。（1）試畫出這電子運(yùn)動(dòng)的軌道；（2）求這電子速度的大??；（3）求這電子的動(dòng)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：曲線是順磁質(zhì)，曲線是抗磁質(zhì)，曲線是鐵磁質(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(duì)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(duì)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(chǎng)強(qiáng)度的分布；（2）磁介質(zhì)內(nèi)外的磁感應(yīng)強(qiáng)度的分布。解：（1）磁場(chǎng)分布具有軸對(duì)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)