第7章 (稳恒磁场)习题课
大学物理稳恒磁场习题课
S
当 S 很小时，可得
B2S B1S 0
B1
B2
B
有 B2 B1 ，即同一条磁感应线上的
B
相等
如再在该磁场中做一有向矩形安培环路 abcda ， ☆ bc 、 让 ab 、cd 与磁感应线平行， da 与磁感应线垂直。 / 设沿 ab 段磁感应强度为 B ，沿 cd 段磁感应强度为 B ， 由磁感应线疏密不均匀可知 ， 磁感应强度沿该回路的线积分为 / B d l B ab B cd 0
也就不能推出 H d S 0
S
r 都相等，
。
因此，一般说来，不能得出 通过以闭合曲线 L 为边界的各曲面的通量均相等的结论
例如，一永磁棒，设棒内 M 为一常值，
对以 L 为边界的二曲面 S1 和S2 ，有
☆
S1
B dS B dS
S2
M 的方向与外磁场方向相反
Pm 为无矩分子在外磁场中出则的附加磁矩，
磁场强度 引入磁场强度辅助矢量 H
H
B
☆
在各向同性均匀介质中 M m H
m 称为磁化率，是一个纯数。
0
M
顺磁质中
m 1，抗磁质中 m 1 。 H 和 B 的关系为
T
)
2．毕奥一萨伐尔定律
电流元
电流元
☆
Idl
是矢量， 与
大小等于电流 I
导线元长度 dl 的乘积，
方向沿电流正方向。
毕奥一萨伐尔定律 电流元 Idl 在
P 点产生的磁感应强度为
0 4 107 N A2
0 Idl r 0 Idl r ˆ dB 3 2 4 r 4 r
习题7解答第7章稳恒磁场21题孙
习题7解答1.解：不是，在它的延长线上就不产生磁场。
2.解：如果一个电子在通过空间某一区域时不发生偏转，不能判断该区域无磁场，因为有可能存在与电子运动速度垂直的磁场，此时电子不受力，将维持惯性保持直线运动。
如果它发生偏转，也不能肯定那个区域存在着磁场，因为电场也可以使电子偏转．3解：此题利用场强叠加原理求解。
将无限长导线看作三部分组成：射线AB 、CD 和半圆弧BC ，三段导线在O 点产生的磁感应强度分别为（设垂直纸面向里为正方向）：R40πμIB AB =RIB BC 40μ=0=CD B （因为O 点在CD 延长线上）故所求为：)11(40+=++=πμR I B B B B CD BC AB O 。
4解：与上题类似，将整段导线分成四部分：两个半圆和两段直线，并取垂直纸面向里为正方向。
两个半圆在O 点产生的磁感应强度分别为a I 40μ和bI40μ，两段直线的延长线都过O 点，所以在O 点产生的磁感应强度均为零。
故所求为：)11(40ba I B +=μ。
5解：与上题类似，将整段导线看成两部分组成：圆和无限长直导线，并取垂直纸面向里为正方向。
圆环导线在O 点产生的磁感应强度为2R0Iμ，无限长直导线在O 点产生的磁感应强度为R20πμI -。
故所求为：)11(20πμ-=R I B 。
6.解：此题关键点在于对匝数密度n 的理解：一匝宽为d ，则单位宽度内有n 匝(dn 1=)。
故所求为：)(103.1430T nI B -⨯==μ，方向平行于管轴。
7.解：把电子绕核运动看作圆电流，则电流强度I 为：aev e T e I πωπ22===于是圆电流中心磁感应强度为：）（T rIB 12.420==μ8.解：如题8图，旋转的带电圆盘可以看作一组同心圆电流，所求可以理解为这组圆电流在盘心处产生的磁感应强度之和。
取一半径为r 、宽为dr 的细环，以ω旋转起来形成的电流dI 为：rdr rdr Tq dI σωωππσ==∑=22该环在盘心处激发的磁感应强度dB 为：dr r dI dB σωμμ00212==整个圆盘在盘心处激发的磁感应强度B 为：R dr dB B Rσωμσωμ0002121===⎰⎰9.解：如题9图选取坐标，在θ处取一宽为d l 的无限长直电流dI ：d d d d I I I I l R R R θθπππ===dI在轴上P 点产生的磁场dB 为：0002d d d d 222I I I B R R Rμμθπμθπππ===dB 的方向垂直于dl 所在的半径，且有RI B B x 202d cos cos d d πθθμ=θ=RI B B y 202d sin )2cos(d d πθθμ-=θ+π=题7图rd θx yd lθθdB xdB ydBR O题9图于是有502222cos d 6.3710T 2x I I B R Rππμμθθππ--===⨯⎰（） 0)2d sin (2220=πθθμ-=⎰ππ-RI B y所以)(1037.65T i B B B y x -⨯=+=10.解：同轴电缆导体内的电流均匀分布，产生的磁场呈轴对称分布，可利用安培环路定理求磁感。
第七稳恒磁场习题课PPT学习教案
解：ab,cd两部分在O点产生的磁场方向相同，相当于 一根载流直导线在O 点的磁场：
B1
0 I 2R
方向：垂直纸面出来
大小两段bc在O点产生的磁场大小相等
，方向相反而抵消。
0 I1 4R 2
l1
0 I2 4R 2
l2
a
I
b Ro
cd
本章小结与习题课第12页/共59页
2、将通有电流I的导线在同一平面内弯成如图所示的形状， 求D点的磁感强度的大小。
（C）向右运动 （D）向上运动 （E）不动
I1
答：（C）
本章小结与习题课第27页/共59页
17、两根载流直导线相互正交放置，如图所示。I1 沿y轴的正方向， I2沿z轴负方向。若载流I1的导线 不能动，载流I2的导线可以自由运动，则载流I2的 导线开始运动的趋势是：
（A）沿x方向平动； （B）绕x轴转动
第20页/共59页
10、半径为0.5cm的无限长直园柱形导体上，沿轴线方
向均匀地流着I=3A的电流。作一个半径r=5cm、长
l=5cm且与电流同轴的园柱形闭 合曲面S，则该曲面上
的磁感强度沿曲面的积分 B dS
。
S
I 3A
r
l
S
答案：[ 0 ]
本章小结与习题课第21页/共59页
11、半径为a的无限长直载流导线，沿轴向均匀地流有
本章小结与习题课第30页/共59页
20、有一同轴电缆，其尺寸如图所示，它的内外两导
体中的电流均为I，且在横截面上均匀分布，但二者电 流的流向正相反，则：
（1）在r R1处磁感强度大小为
。
（2）在r R3处磁感强度大小为
。
答案：由安培环路定理可得
第7章 稳恒磁场习题解答
40 第7章 稳恒磁场7-1 如图，一个处在真空中的弓形平面载流线圈acba ，acb 为半径cm 2=R 的圆弧，ab 为圆弧对应的弦，圆心角090aob ∠=， A 40=I ，试求圆心O 点的磁感应强度的大小和方向。
解 由例7-1 线段ba 的磁感应强度 o o 40140(cos45-cos135) =410T4π0.02cos45B μ-=⨯⨯︒方向垂直纸面向外。
由例7-2 圆弧 acb的磁感应强度 4002π1402 3.1410T 2π2420.02I μB R μ-==⨯=⨯方向垂直纸面向内。
4120.8610TB B B -=-=⨯方向垂直纸面向外。
7-2 将载流长直导线弯成如图所示的形状，求圆心O 点处磁感应强度。
解 如图，将导线分成1（左侧导线）、2（半圆导线）、3（右侧导线）三部分，设各部分在O 点处产生的磁感应强度分别为1B 、2B 、3B。
根据叠加原理可知，O 点处磁感应强度321B B B B ++=。
01=B024I B Rμ=，方向垂直于纸面向里034πI B Rμ=，方向垂直于纸面向里O 点处磁感应强度大小为0O 23(1π)4πIB B B Rμ=+=+ ，方向垂直于纸面向里。
7-3 一圆形载流导线圆心处的磁感应强度为1B ，若保持导线中的电流强度不变，而将导线变成正方形，此时回路中心处的磁感应强度为2B ，试求21:B B解 设导线长度为l ，为圆环时， 2πl R = 001π2I I B R l μμ==为正方形时，边长为4l，由例7-100024(cos 45cos135)4π8IBlμ=⨯-=⨯习题7-1图41212 :πB B =7-4 如图所示，一宽为a 的薄长金属板，均匀地分布电流I ，试求在薄板所在平面、距板的一边为a 的点P 处的磁感应强度。
解 取解用图示电流元，其宽度为d r ，距板下边缘距离为r ,其在P 点处激发的磁感应强度大小为00d d d 2π22π(2)II r B (a r)a r aμμ==--，方向垂直于纸面向外。
最新第7章稳恒磁场及答案
第七章稳恒电流1、在磁感强度为B的均匀磁场中作一半径为r 的半球面S ，S 边线所在平面的法线方向单位矢量n与B 的夹角为α ，则通过半球面S 的磁通量(取弯面向外为正)为 (A) πr 2B ． . (B) 2 πr 2B ． (C) -πr 2B sin α． (D) -πr 2B cos α．2、磁场由沿空心长圆筒形导体的均匀分布的电流产生，圆筒半径为R ，x 坐标轴垂直圆筒轴线，原点在中心轴线上．图(A)～(E)哪一条曲线表示B －x 的关系？［ ］3、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B沿图中闭合路径L 的积分⎰⋅LlB d 等于(A) I 0μ． (B)I 031μ． (C) 4/0I μ． (D) 3/20I μ．4、如图，在一固定的载流大平板附近有一载流小线框能自由转动或平动．线框平面与大平板垂直．大平板的电流与线框中电流方向如图所示，则通电线框的运动情况对着从大平板看是： (A) 靠近大平板． (B) 顺时针转动． (C) 逆时针转动． (D) 离开大平板向外运动．5、在一根通有电流I 的长直导线旁，与之共面地放着一个长、宽各为a 和b 的矩形线框，线框的长边与载流长直导线平行，且二者相距为b ，如图所示．在此情形中，线框内的磁通量Φ =______________．n B α SOB x O R (A) BxO R (B)Bx O R (D) Bx O R (C)BxO R (E)x 电流 圆筒II ab c d 120°I 1I 2b baI6、如图所示，在真空中有一半圆形闭合线圈，半径为a ，流过稳恒电流I ，则圆心O 处的电流元l I d 所受的安培力Fd 的大小为____，方向________．7、有一根质量为m ，长为l 的直导线，放在磁感强度为 B的均匀磁场中B 的方向在水平面内，导线中电流方向如图所示，当导线所受磁力与重力平衡时，导线中电流I =___________________．8、如图所示，一无限长载流平板宽度为a ，线电流密度(即沿x 方向单位长度上的电流)为δ ，求与平板共面且距平板一边为b 的任意点P 的磁感强度．9、一根同轴线由半径为R 1的长导线和套在它外面的内半径为R 2、外半径为R 3的同轴导体圆筒组成．中间充满磁导率为μ的各向同性均匀非铁磁绝缘材料，如图．传导电流I 沿导线向上流去，由圆筒向下流回，在它们的截面上电流都是均匀分布的．求同轴线内外的磁感强度大小B 的分布．答案： 一 选择题1、D2、A3、D4、B5、2ln 20πIaμ6、a l I 4/d 20μ 垂直电流元背向半圆弧(即向左)7、)/(lB mgIlI dIBI8、解：利用无限长载流直导线的公式求解． (1) 取离P 点为x 宽度为d x 的无限长载流细条，它的电流x i d d δ=(2) 这载流长条在P 点产生的磁感应强度 x i B π=2d d 0μxxπ=2d 0δμ 方向垂直纸面向里． (3) 所有载流长条在P 点产生的磁感强度的方向都相同，所以载流平板在P 点产生的磁感强度==⎰B B d ⎰+πba bxdx x20δμb b a x +π=ln 20δμ 方向垂直纸面向里．9、解：由安培环路定理： ∑⎰⋅=i I l Hd 0< r <R 1区域： 212/2R Ir rH =π 212R Ir H π=， 2102R Ir B π=μR 1< r <R 2区域： I rH =π2r I H π=2， rIB π=2μR 2< r <R 3区域： )()(22223222R R R r I I rH ---=π )1(22223222R R R r r IH ---π= )1(2222322200R R R r r IH B ---π==μμ r >R 3区域： H = 0，B = 0x d x PO x党的十九届四中全会精神解读1.《中共中央关于坚持和完善中国特色社会主义制度、推进国家治理体系和治理能力现代化若干重大问题的决定》提出，到（），各方面制度更加完善，基本实现国家治理体系和治理能力现代化。
稳恒磁场(习题课)-84页文档资料
磁感应强度。
Ａ
Ｂ
1
1
Ｉ Ｏ
Ｄ
Ｃ
Ｉ
Bo440Ia(co4sco34s)22a0I
2
例、如图所示，有一无限长通电流的偏平铜 片，宽度为a，厚度不计，电流I在铜片上均 匀地自下而上流过，在铜片外与铜片共面、 离铜片右边缘为b的P点的磁感应强度的大小 为多少？
I
P
b
a
x dx
O
P
x
b
a
BPa 02 0((aI /a b) dx)x2 0a Ilnab b
任意载流导线在点 P 处的磁感强度
磁感强度 叠加原理
B dB
0I
dl
r
4π r3
dB
Idl
dB
r
I
P*r
Idl
dB0 Idlr 毕奥—萨伐尔定律
4π r3
例 判断下列各点磁感强度的方向和大小.
1
8
2
X+
7
Idl X+ 3
R
6
X+ 4
5
1、5 点 ：dB0
3、7点
：dB
0Idl
4π R2
*p x
B
0IR2 （ 2 x2 R2）32
讨
x 0
B 0I
论
2R
R
r
o
B
x
*p x
I
(1)
R
B0
x
Io
推
(2)
I
广
R o×
组
(3) I
合
R
×o
(4) I
R
o
B0
0I
2R
B0
第7章 稳恒磁场习题解答
第7章 稳恒磁场7-1 如图，一个处在真空中的弓形平面载流线圈acba ，acb 为半径cm 2=R 的圆弧，ab 为圆弧对应的弦，圆心角090aob ∠=，A 40=I ，试求圆心O 点的磁感应强度的大小和方向。
解 由例7-1 线段ba 的磁感应强度 o o 40140(cos45-cos135) =410T4π0.02cos45B μ-=⨯⨯︒方向垂直纸面向外。
由例7-2 圆弧acb 的磁感应强度4002π1402 3.1410T 2π2420.02I μB R μ-==⨯=⨯方向垂直纸面向内。
4120.8610TB B B -=-=⨯方向垂直纸面向外。
7-2 将载流长直导线弯成如图所示的形状，求圆心O 点处磁感应强度。
解 如图，将导线分成1（左侧导线）、2（半圆导线）、3（右侧导线）三部分，设各部分在O 点处产生的磁感应强度分别为1B 、2B 、3B 。
根据叠加原理可知，O 点处磁感应强度321B B B B++=。
01=B024I B Rμ=，方向垂直于纸面向里034πI B Rμ=，方向垂直于纸面向里O 点处磁感应强度大小为习题7-1图0O 23(1π)4πIB B B Rμ=+=+ ，方向垂直于纸面向里。
7-3 一圆形载流导线圆心处的磁感应强度为1B ，若保持导线中的电流强度不变，而将导线变成正方形，此时回路中心处的磁感应强度为2B ，试求21:B B解 设导线长度为l ，为圆环时， 2πl R = 001π2I I B R l μμ==为正方形时，边长为4l，由例7-100024(cos 45cos135)4π8IB lμ=⨯-=⨯212 :πB B =7-4 如图所示，一宽为a 的薄长金属板，均匀地分布电流I ，试求在薄板所在平面、距板的一边为a 的点P 处的磁感应强度。
解 取解用图示电流元，其宽度为d r ，距板下边缘距离为r ,其在P 点处激发的磁感应强度大小为00d d d 2π22π(2)II r B (a r)a r aμμ==--，方向垂直于纸面向外。
临沂大学物理第七章稳恒磁部分习题P205
0 4
I1l1 R2
• 方向垂直纸面向里。
同理，第二段圆弧在O点所产生的磁感应强度为
B2
l2 0 0 4
I2dl R2
0 4
I2l2 R2
方向垂直纸面向外。 铁环在O点所产生的总磁感应强度为
B B1 B2
0 4
I1l1 R2
0 4
I2l2 R2
0
• 7.在真空中有两根互相平行的截流长直导线 L1和L2，相距0.1m，通有方向相反的电 流 ， I1 20A I2 10A 求L1,L2所决定的平面内位 于L2两侧各距为0.05m的a,b两点的磁感应 强度为B。
课本 P205 1,3
• 3. 在一个载流圆线圈的轴线上放置一个方 位平行于线圈平面的载流直导线，在轴线
上P点处它们二者产生的磁感强度的大小分 别为 B1 = 3 T、 B2 = 5 T，方向如本题图 所示，求P点处的磁感强度B。
• 4. 一条无限长直导线在一处弯折成半径为R 的圆弧，如图7.2所示，若已知导线中电流 强度为I,试利用比奥—萨伐尔定律求：（1） 当圆弧为半圆周时，圆心O处的磁感应强度； （2）当圆弧为1/4圆周时，圆心O处的磁感 应强度。
8
• 9.直径d 0.02m的圆形线圈，共10匝，通以 的电流0.1A时，问：（1）它的磁矩是多少 ？ （2）若将该线圈置于的1.5T磁场中，它受 到的最大磁力矩是多少？
9
• 10. 螺绕环中心周长10cm，环上均匀密绕 线圈200匝，线圈中通有电流0.1A。若管内 充满相对磁导率的均匀磁介质 r 4200 ，则 管内的B和H的大小各是多少？
• 4 解（1）如图7.2所示，圆心O处的磁感应强度可看作由3段载流导线的磁场叠 加而成。因为圆心O位于直线电流AB和DE的延长线上，直线电流上的任一电流 元在O点产生的磁感应强度均为零，所以直线电流AB和DE段在O点不产生磁场。
稳恒磁场
稳 恒 磁 场 习 题 课(数学表达式中字母为黑体者表示矢量)壹 内容提要一、磁感强度B 的定义 1. 用运动的试验电荷q 0在磁场中受力定义： 大小B=F max /(q 0v )，方向与q 0受力为零时的速度方向平行，且矢量F 、v 、B 满足右手螺旋法则。
2. 用磁矩为m (题库为P m ) 的试验线圈在磁场中受力矩定义：大小B=M max /m ，方向与试验线圈处于稳定平衡时m 的方向相同。
二、毕奥—沙伐尔定律 1.电流元I d l 激发磁场的磁感强度 d B =[μ0 /( 4π)]I d l ×r /r 3； 2. 运动点电荷q 激发磁场的磁感强度 B =[μ0 /( 4π)]q v ×r /r 3。
三、磁场的高斯定理 1. 磁感线(略)；2. 磁通量 Φm =⎰⋅Sd S B (计算磁通量时注意曲面S 的法线正方向)；3. 高斯定理0d =⋅⎰SS B ；4. 稳恒磁场是无源场。
四、安培环路定理 1. 表达式 ：真空中⎰∑=⋅l i I 0 d μl B ,介质中⎰∑=⋅li I 0d l H ； 2. 稳恒磁场是非保守场，是涡旋场或有旋场。
五、磁矩 m (题库为P m )： 1. 定义 m =I ⎰S d S (任何载流线圈均可定义磁矩 m )；2. 磁偶极子激发的磁场：延长线上 B=[μ0/(4π)](2 m /r 3)；中垂线上B=[μ0/(4π)](－m /r 3)；3. 载流线圈在均匀磁场中受力矩 M= m ×B 。
六、洛伦兹力 1. 表达式 F m = q v ×B , F = q (E ＋v ×B )；2. 带电粒子在均匀磁场中运动(设v 与B 的夹角为α)：回旋半径 R =mv sin α / (qB ), 回旋周期 T =2πm / (qB ), 回旋频率 ν= qB / (2πm ),螺距 d =2π mv cos α / (qB )；3.霍耳效应：(1).定义(略), (2).在磁场方向与电流方向不变的情况下正载流子与负载流子受磁场力方向相同, (3).霍耳电压U H =R H IB/d , (4)霍耳系数R H =1/(nq )。
第七章恒定磁场-习题解答
7-3 如图所示，一无限长载流绝缘直导线弯成如附图所示的
形状。求使o点的磁感应强度为零的半径a和b的比值。
解 该载流系统由三部分组成，o点的磁感
应强度为载有相同电流的无限长直导线
及两个半径分别为a和b的圆环分别在该
处激发的磁感应强度的矢量和。设磁场 方向以垂直纸面向内为正，向外为负。
方向垂直纸面向里。 （2）由磁矩定义
方向垂直纸面向里。
第七章、稳恒磁场
7-20 质谱仪的构造原理如图所示。离子源S提供质量为M、
电荷为q的离子。离子初速很小，可以看作是静止的，然后经
过电压U的加速，进入磁感应强度为B的均匀磁场，沿着半圆
周运动，最后到达记录底片P上。测得离子在P上的位置到入
口处A的距离为x。试证明该离子的质量为：M ? qB 2 x 2 。
或由磁感应线是闭合曲线，也可推知
??
Φaefd
?
? Φabcd
?
0.24Wb
? Φ ? ?B?dS ? 0
第七章、稳恒磁场
7-9 一个非均匀磁场磁感应强度的变化规律为B=ky（k为常 量），方向垂直纸面向外。磁场中有一边长为a的正方形线 框，其位置如图所示。求通过线框的磁通量。
解 在线框内坐标为y处取一长为a宽为 dy的矩形面积元dS，在dS中磁场可认 为是均匀的，则通过dS的磁通量
? I2l
? 0 I1
2πx1
I2l
? ?7.2?
F2 10?4
? B2I2l N
?
? 0 I1
2πx2
I2l
负号表示合力方向水平向左。
第七章、稳恒磁场
习题7-16 一长直导线通有电流I =20A，另一导线ab通 有电流I?=10A，两者互相垂直且共面，如图所示。求导 线ab所受的作用力和对o点的力矩。
大学物理学-稳恒磁场习题课
⑶电子进入均匀磁场B中，如图所示，当电子位于 A点的时刻，具有与磁场方向成 角的速度v，它绕螺旋 线一周后到达B点，求AB的长度，并画出电子的螺旋轨 道，顺着磁场方向看去，它是顺时针旋进还是逆时针旋 进？如果是正离子（如质子），结果有何不同？
1、均匀磁场的磁感应强度B垂直于半径为r的圆面，今以该圆面
其中 直电流 ab和cd的延长线
o dc
fI
R1 R2
eI
过o
b
电流bc是以o为圆心、以 R2为半径的1/4圆弧
I
电流de也是以o为圆心、
但，是以R1为半径的1/4 圆弧
a
直电流ef与圆弧电流de在
e点相切
求：场点o处的磁感强度 B
解：
场点o处的磁感强度是由五段
特殊形状电流产生的场的叠加，f I
o dc
磁场力的大小相等方向相反； (3)质量为m，电量为q的带电粒子，受洛仑兹力作用，
其动能和动量都不变； (4)洛仑兹力总与速度方向垂直，所以带电粒子运动的
轨迹必定是圆。
习题课 1 一电子束以速度v沿X轴方向射出，在Y轴上 有电场强度为E的电场，为了使电子束不发生偏 转，假设只能提供磁感应强度大小为B=2E/v的
df
2ds
n
2 0
2 0
i dl 单位面积受力
da
df Idl B其余
da dl 0i
B总 0i
2 其余 0i
2
df
0i 2
n
dadl 2
表三 作用力
4.应用
静电场
稳恒磁场
类比总结
电偶极子 pe
fi 0
i M pE
三
磁偶极子 pm
fi 0
大学物理第七章稳恒磁场习题答案
第七章 稳恒磁场习题7-1 一个半径为r 的半球面如图放在均匀磁场中，通过半球面的磁通量为多少？解：取平面S ’与半球面S 构成闭合曲面，根据高斯定理有 0m mS mS ΦΦΦ'=+=2cos mS mS r E ΦΦπα'=-=-球面外法线方向为其正方向7-2 如图所示，几种载流导线在平面内分布，电流均为I ，它们在点O 的磁感应强度各为多少？08IR μ垂直画面向外0022II RR μμπ-垂直画面向里 00+42I IR Rμμπ垂直画面向外 7-3 如图所示，两根导线沿半径方向引向铁环上的A ，B 两点，并在很远处与电源相连。
已知圆环的粗细均匀，求环中心O 的磁感应强度。
解： 如图所示，圆心O 点磁场由直电流∞A 和∞B 及两段圆弧上电流1I 与2I 所产生，但∞A 和∞B 在O 点产生的磁场为零。
且θ-πθ==21221R R I I 电阻电阻 1I 产生1B 方向⊥纸面向外πθπμ2)2(2101-=R I B2I 产生2B 方向⊥纸面向里πθμ22202R I B =∴1)2(2121=-=θθπI I B B 有0210=+=B B B7-4 如图所示，已知地球北极地磁场磁感强度B 的大小为6.0×10－5T 。
如设想此地磁场是由地球赤道上一圆电流所激发的，此电流有多大？流向如何？（已知圆电流轴线上北极点的磁感强度()R IRR IR B 24202/32220μμ=+=）解：9042 1.7310A RBI μ==⨯方向如图所示7-5 有一同轴电缆，其尺寸如题图所示．两导体中的电流均为I ，但电流的流向相反，导体的磁性可不考虑。
试计算以下各处的磁感应强度：（1）r<R 1；（2）R 1<r<R 2；（3）R 2<r<R 3；（4）r>R 3。
解：同轴电缆的电流分布具有轴对称性在电缆各区域中磁感应线是以电缆轴线为对称轴的同心圆。
大学物理A(一)课件第七章 稳恒磁场习题及答案
第七章 练习题1、在磁感强度为B的均匀磁场中作一半径为r 的半球面S ，S 边线所在平面的法线方向单位矢量n与B 的夹角为α ，则通过半球面S的磁通量(取弯面向外为正)为(A) πr 2B ．. (B) 2 πr 2B ． (C) -πr 2B sin α． (D) -πr 2B cos α．2、如图所示，电流I 由长直导线1经a 点流入由电阻均匀的导线构成的正方形线框，由b 点流出，经长直导线2返回电源(导线1、2的延长线均通过O 点)．设载流导线1、2和正方形线框中的电流在框中心O 点产生的磁感强度分别用 1B 、2B、3B 表示，则O点的磁感强度大小 (A) B = 0，因为B 1 = B 2 = B 3 = 0．(B) B = 0，因为虽然B 1≠ 0、B 2≠ 0、B 3≠ 0，但0321=++B B B． (C) B ≠ 0，因为虽然021=+B B，但B 3≠ 0．(D) B ≠ 0，因为虽然B 3= 0，但021≠+B B．3、通有电流I 的无限长直导线有如图三种形状，则P ，Q ，O 各点磁感强度的大小B P ，B Q ，B O 间的关系为： (A) B P > B Q > B O . (B) B Q > B P > B O ． (C) B Q > B O > B P ． (D) B O > B Q > B P ．4、磁场由沿空心长圆筒形导体的均匀分布的电流产生，圆筒半径为R ，x 坐标轴垂直圆筒轴线，原点在中心轴线上．图(A)～(E)哪一条曲线表示B －x 的关系？［ ］5、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B沿图中闭合路径L 的积分⎰⋅Ll B d 等于(A) I 0μ． (B)I 031μ． (C) 4/0I μ． (D) 3/20I μ．IBxOR (D )Bx O R(C )BxO R (E )电流筒6、如图，在一固定的载流大平板附近有一载流小线框能自由转动或平动．线框平面与大平板垂直．大平板的电流与线框中电流方向如图所示，则通电线框的运动情况对着从大平板看是： (A) 靠近大平板． (B) 顺时针转动．(C) 逆时针转动．(D) 离开大平板向外运动．7、在一根通有电流I 的长直导线旁，与之共面地放着一个长、宽各为a 和b 的矩形线框，线框的长边与载流长直导线平行，且二者相距为b ，如图所示．在此情形中，线框内的磁通量Φ =______________．8、如图所示，在真空中有一半圆形闭合线圈，半径为a ，流过稳恒电流I ，则圆心O 处的电流元l Id 所受的安培力F d 的大小为____，方向________．9、有一根质量为m ，长为l 的直导线，放在磁感强度为 B的均匀磁场中B的方向在水平面内，导线中电流方向如图所示，当导 线所受磁力与重力平衡时，导线中电流I =___________________．10、图示为三种不同的磁介质的B ~H 关系曲线，其中虚线表示的是B = μ0H 的关系．说明a 、b 、c 各代表哪一类磁介质的B ~H 关系曲线：a 代表____________________的B ~H 关系曲线．b 代表____________________的B ~H 关系曲线．c 代表____________________的B ~H 关系曲线．11、AA ＇和CC ＇为两个正交地放置的圆形线圈，其圆心相重合．AA ＇线圈半径为20.0 cm ，共10匝，通有电流10.0 A ；而CC ＇线圈的半径为10.0 cm ，共20匝，通有电流 5.0 A ．求两线圈公共中心O 点的磁感强度的大小和方向．(μ0 =4π×10-7 N ·A -2)12、如图所示，一无限长载流平板宽度为a ，线电流密度(即沿x 方向单位长度上的电流)为δ ，求与平板共面且距平板一边为b 的任意点P 的磁感强度．I 1I 2IlI dIB13、螺绕环中心周长l = 10 cm ，环上均匀密绕线圈N = 200匝，线圈中通有电流I = 0.1 A ．管内充满相对磁导率μr = 4200的磁介质．求管内磁场强度和磁感强度的大小．14、一根同轴线由半径为R 1的长导线和套在它外面的内半径为R 2、外半径为R 3的同轴导体圆筒组成．中间充满磁导率为μ的各向同性均匀非铁磁绝缘材料，如图．传导电流I 沿导线向上流去，由圆筒向下流回，在它们的截面上电流都是均匀分布的．求同轴线内外的磁感强度大小B 的分布．答案：一 选择题1、D2、A3、D4、B5、D6、B7、2ln 20πIaμ 8、a l I 4/d 20μ 垂直电流元背向半圆弧(即向左)9、)/(lB mg10、铁磁质、 顺磁质、 抗磁质 11、解：AA ＇线圈在O 点所产生的磁感强度002502μμ==AAA A r I NB (方向垂直AA ＇平面)CC ＇线圈在O 点所产生的磁感强度 005002μμ==CCC C r I N B (方向垂直CC ＇平面)O 点的合磁感强度 42/1221002.7)(-⨯=+=C AB B B T B 的方向在和AA ＇、CC ＇都垂直的平面内，和CC ＇平面的夹角︒==-4.63tg1AC B B θC A12、解：利用无限长载流直导线的公式求解．(1) 取离P 点为x 宽度为d x 的无限长载流细条，它的电流 x i d d δ=(2) 这载流长条在P 点产生的磁感应强度 xiB π=2d d 0μxxπ=2d 0δμ 方向垂直纸面向里．(3) 所有载流长条在P 点产生的磁感强度的方向都相同，所以载流平板在P点产生的磁感强度==⎰B B d ⎰+πba bxdx x20δμbb a x+π=ln20δμ 方向垂直纸面向里．13、解： ===l NI nI H /200 A/m===H H B r μμμ0 1.06 T14、解：由安培环路定理：∑⎰⋅=iI l Hd0< r <R 1区域： 212/2R Ir rH =π 212R Ir H π=， 2102R Ir B π=μR 1< r <R 2区域： I rH =π2rI H π=2， rIB π=2μR 2< r <R 3区域： )()(22223222R R R r I I rH ---=π )1(22223222R R R r rI H ---π=)1(2222322200RR R r rIH B ---π==μμr >R 3区域： H = 0，B = 0。
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二．载流导线和运动电荷所受磁场力
1． 洛伦兹力: 特征:方向垂直于v和B所构成的平 面；不作功，不改变电荷的速率和动能．
方向沿x方向 （若F为正值，则合力的方向与x轴正向一致）。
例5 半径分别为R1和R2的两个半圆弧与直径的两小段
构成的通电线圈abcda (如图所示)，放在磁感强度
为B的均匀磁场中，平行线圈所在平面．则 线圈的磁矩大小为
1 2 I ( R2 R12 ) 2 ___________ ，
R2 a b
2r
0
2
R o r
dr
B
0
2
dr
0
R
0R
2
dr
例4. 均匀带电细直线AB, 电荷线密度为λ, 绕垂直于 直线通过O 点的轴以角速度ω 匀速转动( 线形状不 变, O 点在A B 延长线上) , 求: r dr (1 ) O点的磁感应强度B; O B a A (2 ) 磁矩m ; b （1）解 ：在带电细线离O点r处取线元dr，其带 电量 dq dr，旋转时相当于一圆电流
2 r 2 R2 I 1 H 2 2 2r R R 3 2
1.解: 圆电流在O点产生的磁场 0 I 2 B1 方向× 2R 长直导线电流在O点产生的磁场 0 I 2 方向× B2 2R 导体管在O点产生的磁场由安培环路定理求得，
B3
0 I1
2 (d R)
方向×
圆心O点处的磁感应强度
0 R d 1 I 2 RI1 B B1 B2 B3 2 R R d
任意载流导线在场点 P 处的磁感强度
0 I dl r B dB 3 4π r
几种典型的磁感应强度B 1. 载流直导线 （1）有限长载流直导线：
电流流入与位矢之间夹角
z
D
2
B
（cos 1 cos 2 ） 4πr
0 I
I
o
x
C
1
P y
电流流出与位矢之间夹角
2． 安培力: F dF Idl B L L 3． 磁力矩: 磁矩 m=ISen 磁力矩 M m B
例1.如图所示,有一长直导体圆筒,内外半径分别为R1 和R2,它所载的电流I1均匀分布在其横截面上.导体旁 边有一绝缘的无限长直导线,载有电流I2,且在中部绕 了一个半径为R的圆圈.设导体管的轴线与长直导线平 行,相距为d,且与导线圆圈共面,求圆心O点处的磁感应 强度.
磁场方向×。
例2.一无限长圆柱形导体( 磁导率μ0 ) , 半径为R, 通 有均匀电流I。今取一矩形平面S(长为1 m, 宽为2 R) , 如图中斜线阴影部分所示, 求通过该矩形平面的 磁通量。 解： 本题的电流分布满足安培环 路定理求磁场的条件，由安培环 路定理易求得圆体内外的磁感应 强度值的分布为
稳恒磁场 习题课
一 两个基本方程： 1. 磁场的高斯定理（磁通连续定理） 磁场是无源场。 B dS 0
S
2. 安培环路定理
n B dl 0 I i 磁场是非保守场。 L i 1
二 毕奥—萨伐尔定律 ——电流元在空间某场点产生的磁感应强度B
0 Idl r dB 3 4π r
当 0 时， m的方向垂直纸面向内； 0 时， m的方向垂直纸面向外。
例5 如图所示, 载有电流I1 的无限长直导线旁边有一 载流正三角形线圈, 其边长为b, 一边与直导线的距离 为a, 电流为I2 , 二者共面, 求三角形线圈受到无限长 直载流导线的磁力。 0 I1 图中AB段受力 FAB bI2 y 2a 方向如图。 FBC B AC、BC对称分布， I2 C x I1 FAB y方向所受合力为零。 a l b A x方向上 FCA dl I I dl
dS = l dx
I ldx d 2 x 0 I0l d a sin t ln 2 d
S d a
S
I x
d
B
dx
a
l
练习2．电子在磁感强度为B 的均匀磁场中沿半径
为R的圆周运动，求电子运动所形成的等效圆电流
强度I 及等效圆电流的磁矩m． 已知电子电荷为e， 电子的质量为me．
几种特殊情况
（a）无限长载流直导线：
B
0 I
2πr
（b）半无限长载流直导线：
B
0 I
4πr
（c）P点位于直导线延长线上： B =0
2. 圆电流轴线上的磁场.
I
o
R
x
*
B
x
B
B
0 IR
2
2 2 3
（ 2 x R ）2
N 0 IR2
2 2 3
1）若线圈有 N 匝 2）环心处 3）x R
dq dq dI dr T 2 2
0 dr dB 2r 4 r 0dI
它在O点产生的磁感应强度值为
0 dr dB 2r 4 r
0dI
r
dr
O
a
A
b
B
整条带电线产生的磁感应强度为
0 ab dr 0 a b B dB ln 4 a r 4 a
0 I BA 4π d
*A
R2
R1
*o
B0
0 I
4 R2
0 I
4 R1
0 I
4π R1
3.长直载流螺线管（或细螺绕环）
内部： B 0nI 外部：B=0 三 磁力 1. 洛伦兹力：运动的带电粒子在磁场中所受磁力
1 半长直载流螺线管：B 0 nI 2
F qv B
（ 2 x R ）2
x0
B
0 I
2R
0 IR2 0 IS B ， B 3 3 2x 2π x
（ 1） I （2 ）
o
R B x 0
I
圆环中心
B0
0 I
2R
R
o （ 3） I R
半圆环中心
B0
0 I
4R
1 圆环中心 4
o
B0
0 I
8R
（ 4）
d （ 5） I
解 由磁介质中的安培环路定理： L H dl I
0 r R1
0 Ir 2rH 2 ， H , B 2 2 R1 2R1 2R1
r2I Ir
（金属的相对磁导率近似为1）
R1 r R2 2rH I , H
ห้องสมุดไป่ตู้
2 2 r R 2 R2 r R3 2rH I I, 2 2 R3 R2
r
rd R l H dl II H 2π dH I 2π d 0 r I B H 2π d
r
d
I
R
r
rd R
r
I
0r I B 2π d
H dl I I 0
l
dR
d
I
2π dH 0 , H 0
B H 0
I
B B1 B2
R2 R1 I
0 I ( R1 R2 )
4 R1R2
O
B的方向为垂直纸面向上．
m=IS=*(R12+R22)/2
m的方向为垂直纸面向外．
例7 有两个半径分别为 R 和 的“无限长”同 r 的 轴圆筒形导体，在它们之间充以相对磁导率为 磁介质.当两圆筒通有相反方向的电流 I 时，试 求 （1）磁介质中任意点 P 的磁感应强度的 大小;（2）圆柱体外面一点 Q 的 磁感强度. I 解 对称性分析
同理可求
R
r
d r, B 0
练习1. 在真空中有一无限长载流直导线,试求：通 过其右侧矩形线框的磁通量.
练习1. 在真空中有一无限长载流直导线, 试求：通过其右侧矩形线框的磁通量.
0 I B dΦ B dS 2x Φ B d S B d S
S
2R
解图5-A-19
0 I 0 I ln 2 4 2
例3 半径 为 R 的带电薄圆盘的电荷面密度 为 , 并以角速度 绕通过盘心垂直于盘面的轴转 动 ，求圆盘中心的磁感强度. 解 圆电流的磁场
dq 2 π rdr dI rdr T 2
dB
0dI
v me evB R
2
eBR v me
R
- e
Be 2 e e I T 周期 2R v 2m e
2 2 Be 2 Be R 2 磁矩 m IS R 2m e 2m e
v
方向: 垂直纸面向外
练习3 通有电流Ｉ1无限长的载流直导线，与长度为 b的通有电流Ｉ2 CD导线共面且垂直，相对位置如图 所示。求导线CD受的磁力． 解
dFACx 2 a l sin 60
0 1 2
cos 60
FACx
b
0
2 a l sin60
0 I1I 2dl
cos60
0 I1I 2 cos60 a b sin60 ln 2 sin60 a
作用在三角形上的合力值
b 0 I1I 2 2 3 b 3 F 2 FACx FAB ln1 a 2 a 2 3
B的方向： 当 0 时，B的方向垂直纸面向内；当 0