第章稳恒电流与真空中的恒定磁场习题解答和分析

第十一章电流与磁场

11-1电源中的非静电力与静电力有什么不同？

答：在电路中，电源中非静电力的作用是，迫使正电荷经过电源内部由低电位的电源负极移动到高电位的电源正极，使两极间维持一电位差。而静电场的作用是在外电路中把正电荷由高电位的地方移动到低电位的地方，起到推动电流的作用；在电源内部正好相反，静电场起的是抵制电流的作用。

电源中存在的电场有两种：1、非静电起源的场；2、稳恒场。把这两种场与静电场比较，静电场由静止电荷所激发，它不随时间的变化而变化。非静电场不由静止电荷产生，它的大小决定于单位正电荷所受的非静电力，q

非

F E =

。当然电源种类不同，非F 的起因也不同。

11-2静电场与恒定电场相同处和不同处？为什么恒定电场中仍可应用电势概念？

答：稳恒电场与静电场有相同之处，即是它们都不随时间的变化而变化，基本规律相同，并且都是位场。但稳恒电场由分布不随时间变化的电荷产生，电荷本身却在移动。

正因为建立稳恒电场的电荷分布不随时间变化，因此静电场的两条基本定理，即高斯定理和环路定理仍然适用，所以仍可引入电势的概念。

11-3一根铜导线表面涂以银层，当两端加上电压后，在铜线和银层中，电场强度是否相同？电流密度是否相同？电流强度是否相同？为什么？

答：此题涉及知识点：电流强度d s

I =⋅⎰r r

j s ，电流密度概念，电场强度概念，欧姆定律的微分形式

j E σ=r r

。设铜线材料横截面均匀，银层的材料和厚度也均匀。由于加在两者上的电压相同，两者的长度又相等，故铜线和银层的场强E r 相同。由于铜线和银层的电导率σ不同，根据j E σ=r r

知，它们中的电流密度

j r 不相同。电流强度d s

I =⋅⎰r r j s ，铜线和银层的j r

不同但相差不太大，而它们的横截面积一般相差较大，所

以通过两者的电流强度，一般说来是不相同的。

11-4一束质子发生侧向偏转，造成这个偏转的原因可否是：（1）电场？（2）磁场？（3）若是电场和磁场在起作用，如何判断是哪一种场？

答：造成这个偏转的原因可以是电场或磁场。可以改变质子的运动方向，通过质子观察运动轨迹来判断是电场还是磁场在起作用。

11-5三个粒子，当它们通过磁场时沿着如题图11－5所示的路径运动，对每个粒子可作出什么判断？ 答：根据带电粒子在磁场中所受的洛伦兹力规律，通过观察运动轨迹的不同可以判断三种粒子是否带电和带电种类。

11-6一长直载流导线如题11-6图所示，沿Oy 轴正向放置，在原点O 处取一电流元d I r

l ，求该电流元在（a ，

0，0），（0，a ，0），（a ，a ，0），（a ，a ，a ）各点处的磁感应强度r

Β。

分析：根据毕奥-萨伐尔定律求解。

解：由毕奥-萨伐尔定律

原点O 处的电流元d I r l 在（a ，0，0）点产生的r

Β为： d I r l 在（0，a ，0）点产生的r

Β为： 0032

d d d ()0,4π4πI l I l a a a

μμ⨯==⨯=r r

r r r j j B j j d I r l 在（a ，a ，0）点产生的r

Β为： d I r l 在（a ，a ，a ）点产生的r Β为

11-7用两根彼此平行的长直导线将半径为R

上，如题11-7图所示，b 点为切点，求O 点的磁感应强分析：应用毕奥-萨伐尔定律分别求出载流直导线L 1和L 2

上并联的大圆弧¼ab 大和小圆弧¼ab 小在O 点产生的磁感应强度，再利用磁感应强度的矢量和叠加求解。 解：先看导体圆环，由于¼ab 大和¼ab 小

并联，设大圆弧有电流1I ，小圆弧有电流2I ，必有： 由于圆环材料相同，电阻率相同，截面积S 相同，实际电阻与圆环弧的弧长l 大和l 小有关，即：12,I l I l =大小

则1I 在O 点产生的1B r 的大小为0112

,4πI l B R μ=

大

而2I 在O 点产生的2B r 的大小为02212

.4I l B B R μ=

=π小

1B r 和2B r 方向相反，大小相等.即120B B +=r r

。 直导线1L 在O 点产生的30B r

＝。

直导线2L 在O 点产生的R

I

B πμ404=，方向垂直纸面向外。 则O 点总的磁感强度大小为

11-8一载有电流I 的长导线弯折成如题11-8图所示的形状，CD 为1/4圆弧，半径为R ，圆心O 在AC ，EF 的延长线上.求O 点处磁场的场强。

分析：O 点的磁感强度r

Β为各段载流导线在O 点产生磁感强度的矢量和。

解：因为O 点在AC 和EF 的延长线上，故AC 和EF 段对O 点的磁场没有贡献。

CD 段：00,48CD I I B R R

μμπ

=

=π2g 题11-7图

DE 段：0002(cos 45cos135).4242/2

DE I

I I

B a

R

R μμμ=

︒-︒=

=

πππ

O 点总磁感应强度为

000281

1.24DE CD I

I

B B B R

R

I R μμμ=+=

+

π⎛⎫

=+ ⎪π⎝⎭

方同垂直纸面向外. 11-9

一无限长薄电流板均匀通有电流

I ，

电流板宽为a ，求在电流板同一

平面的P 点处的磁感应强

内距板边为a

度。

分析：微分无限长薄电流板，对微分电流dI 应用无限长载流直导线产生的磁场公式求解dB r 。并将dB r

再积

分求解总的磁感应强度。注意利用场的对称性。

解：在电流板上距P 点x 处取宽为d .x 并平行于电流I 的无限长窄条，狭条中的电流为

dI 在P 点处产生的磁感强度为：0d d ,2I

B x

μ=

π方向垂直纸面向里。 整个电流板上各窄条电流在P 点处产生的dB 方向相同，故

11-10在半径1R cm =的“无限长”半圆柱形金属薄片中，有电流5I A =自下而上地通过，如题11-10图所

示。试求圆柱轴线上一点P 处的磁感应强度。

分析：微分半圆柱形金属薄片，对微分电流dI 应用无限长载流直导线产生的磁场公式求解dB r

。并将场强矢量dB r

分解后再积分求解总的磁感应强度。注意利用场的对称性。

解：无限长载流半圆形金属薄片可看成由许多宽为d d l R θ=的无限长电流窄条所组成，每根导线上的电流

在P 点产生的磁场d B 大小为0d d 2πI

B R

μ=

，方向按右手螺旋法则确定，如解11-10图所示。

题11-8图

题11-10图解11-10图

题图11-9