1、15 章习题参考答案15-3 求各图中点 P 处磁感应强度的大小和方向。解 (a) 因为长直导线对空间任一点产生的磁感应强度为: 210cos4aIB对于导线 1: , ,因此020对于导线 2: ,因此 aIB4021p方向垂直纸面向外。(b) 因为长直导线对空间任一点产生的磁感应强度为: 210cos4aI对于导线 1: , ,因此 ,方向垂直纸面向内。02rIB40对于导线 2: , ,因此 ,方向垂直纸面向内。1a2半圆形导线在 P 点产生的磁场方向也是垂直纸面向内,大小为半径相同、电流相同的圆形导线在圆心处产生的磁感应强度的一半,即,方向垂直纸面向内。rIB4203所以, rIrIr
2、IB4244000321p (c) P 点到三角形每条边的距离都是 ad63,o01o152每条边上的电流在 P 点产生的磁感应强度的方向都是垂直纸面向内,大小都是aIdIB230cs34000 故 P 点总的磁感应强度大小为 aI290方向垂直纸面向内。15-4 在半径为 R 和 r 的两圆周之间,有一总匝数为 N 的均匀密绕平面线圈,通有电流 I,方向如图所示。求中心 O 处的磁感应强度。解 由题意知,均匀密绕平面线圈等效于通以 I NI 圆盘,设单位长度线圈匝数为 nrRN建立如图坐标,取一半径为 x 厚度为 dx 的圆环,其等效电流为: rIjIdd)(200RxNBrRNIrxIrN
3、I ln)(2)(dd000方向垂直纸面向外.15-5 电流均匀地流过一无限长薄壁半圆筒,设电流 I=5.0A,圆筒半径 R= 如图m10.2所示。求轴线上一点的磁感应强度。解 把无限长薄壁半圆筒分割成无数细条,每一细条可看作一无限长直导线,取一微元 dl则 IRld则 在 O 点所产生的磁场为ld2002lB又因, l所以, RI20dd,cosxBsinyB半圆筒对 O 点产生的磁场为:,0xxdRI200yyd所以 只有 方向分量,即 ,沿 的负方向。BBy15-6 矩形截面的螺绕环,尺寸如图所示,均匀密绕共 N 匝,通以电流I,试证明通过螺绕环截面的磁通量为210lnDNIh证明 建立
4、如图所示坐标,在螺绕环横截面上任取一微元 xhSd以与螺绕环同心的圆周为环路,其半径为 r, ,212DNIrB02dlyxdldBOxdxrNIB20Sd所以 21020lndd1 DhNIrISBD15-7 长直导线 与半径为 R 的均匀导体圆环相切于点 a,另一直导线 沿半径方向与圆a b环接于点 b,如图所示。现有稳恒电流 I 从端 a 流入而从端 b 流出。(1)求圆环中心点 O 的 B。(2)B 沿闭合路径 L 的环流 等于什么?Lld解 (1) 43210BB其中: 4RI0,I231,230023lI故 与 大小相等,方向相反,所以B3 03B因而 ,方向垂直纸面向外.RI40
5、10(2)由安培环路定理,有: 3)2(d00i0 IIL l15-9 磁场中某点处的磁感应强度 ,一电子以速度T2.4.jiB通过该点。求作用在该电子上的磁场力。sm10.5.066jiv解 由洛仑兹力公式,有 N10802.4.1506.1 4619 kkjiBvF q15-10 在一个圆柱磁铁 N 极正上方,水平放置一半径为 R 的导线圆环,如图所示,其中通有顺时针方向(俯视)的电流 I。在导线处的磁场 B 的方向都与竖直方向成 角。求导线环受012ORaba34的磁场力。解 圆环上每个电流元受力为 BlFdI将 分解为 z 分量和径向分量:Brz,coszsinrB所以 rzrzddB
6、lllFIIIrzr对于圆环 0dr圆环所受合力为,方向沿 z 轴正向。sin2dsin20rz RIBIBlIF15-11 如图所示,空心圆柱无限长导体内外半径分别为 a 和 b,导体内通有电流 I,且电流在横截面上均匀分布,介质的影响可以忽略不计。求证导体内部(a ,说明载流平面的磁场 的方向与所放入的均匀磁场 的方向在1 B0BxB xyabcd 平面右侧是一致的,在平面左侧是相反的,进而说明平面上电流方向是垂直于纸面向内。设面电流密度为 j。则 jB001212由此二式解得 , 210120Bj在载流平面上沿电流方向取长为 h、宽为 dl 的条形面积,面积 dS=hdl,面积上电流dI
7、=jdl,此电流受到的磁力大小为 SBjljhIFd载流平面单位面积所受磁力大小为 21012120d BjS 方向为垂直于平面向左。15-16 电流为 的等边三角形载流线圈与无限长直线电流 共面,如图所示。求:2I 1I(1)载流线圈所受到的总的磁场力;(2)载流线圈所受到的磁力矩( 通过点 c 并垂直于纸面方向的直线为轴)。 解 ab 边到长直导线的距离为 d,电流 在 ab 边上的磁场为1IdIB210方向垂直纸面向内。此磁场对 ab 边的作用力为lIlIF2102A方向向左。在 ac 边上任取一 ,设 到 的距离为 ,则 在 处ld1Ix1Ild产生的磁场为 , 受到的磁力 ,又因为x
8、IB210BFd2l所以 ,023cosdxlF所以 ,方向如图所示。)21ln(2310ac dlIxIld 同理,可求得 ,方向如图所示。acbF则线圈受到的合力为:,0yOxxdl)231ln(210bcxabx dldlIFF方向沿 x 轴负向。(2)因为 的方向垂直直面向外nPSIdM所以 Bd又因为 ,所以 ,所以0d0M15-17 半径为 a、线电荷密度为 (常量)的半圆,以角速度 绕轴 匀速旋转,如图所O示。求:(1)在点 O 产生的磁感应强度 B;(2)旋转的带电半圆的磁矩 。mP解 (1)把半圆分成无数个小弧每段带电量 ddalq旋转后形成电流元 2daqnI由圆环 得 2
9、30xRBsinRcosx dsin4d2icossin2dd 20302320 IaaI方向向上8i400B(2)因为 , nmSIP d2sindsindI32mIa,方向向上。422si0 033 aa15-18 有一均匀带电细直棒 AB,长为 b,线电荷密度为 。此棒绕垂直于纸面的轴 O 以匀角速度 转动,转动过程中端 A 与轴 O 的距 离 a 保持不变,如图所示。求:(1)点 O 的磁感应强度 ;0B(2)转动棒的磁矩 ; mP(3)若 ab,再求 和 。0解 (1)均匀带电直棒 AB 绕 O 轴旋转,其结果等效于载流圆盘。在均匀直棒上取一微元,等效电流为:rdqrqId2d它在
10、O 点的磁感应强度rrIBd42d00( ,方向垂直直面向里)abbaln4000(2) rIrpd21dmba6/)(3(3)若 ab,则有: , abln aqbB400与带电粒子 情况相同 ),/31()(,32m6aqbap与点电荷的磁矩相同15-20 有一个无限长直圆筒形导体,导体和空腔半径分别为 和 ,它们的轴线相互平行,2R1两轴线间的距离为 a( a+ 2 ),如图所示。电流 I 沿轴向流动,在横截面上均匀分2R1布。求两轴线上任一点的磁感应强度。解 根据叠加原理,此系统可看作由半径为 ,其上电流密度为 的实心导2R21RIj体,与半径为 的,电流密度为-j 的实心导体所构成的。1R设 j 沿 z 轴正方向,根据安培环路定理,半径为 电流均匀分布的导体,在 O 点产生2R的磁场为 0,而半径为 电流均匀分布的导体,在 O 点产生的磁场为1aRIRIajRB 210212021O 12 OR由环路定理: )(2210 RIa1ORBOABab煤 所以, ,方向垂直纸面向外)(2210OR IaB