第11章稳恒电流与真空中的恒定磁场习题解答和分析学习资料
第11章-恒定磁场
3、当带电粒子在磁场中 垂直于此特定方向运动时 受力最大.
Fmax 大小与 q, v 无关
qv
13
11-3
磁场
磁感强度
磁感强度 B的定义：
➢ 方向：若带电粒子在磁场中某点向某方向运动
不受力，且该方向与小磁针在该点指向一致，此特
定方向定义为该点的 B 的方向.
➢ 大小：B F / qv
Fmax
➢ 运动电F荷在q磁v 场B中 受力
Idl er r2
真空磁导率 0 4π 107 N A2
P * r
Idl
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 er
4π r2
15
11-4 毕奥—萨伐尔定律
dB 0 Idl er 毕奥—萨伐尔定律
4π r2
例 判断下列各点磁感强度的方向和大小.
1
1、5 点 ：dB 0
30
11-5 磁通量 磁场的高斯定理
二 磁通量 磁场的高斯定理
磁感线密度：磁场中某点处垂直于 B矢量的单位 面积上通过的磁感线数目 N / S
磁场中某点处的磁感线密度等于该点 B矢量的大小
B N S
S B
31
11-5 磁通量 磁场的高斯定理
enB B
磁通量：通过某一曲面的 磁感线数为通过此曲面的 磁通量.
方向有关。
➢ 实验结论
1、带电粒子在磁场中某 点P 沿某一特定方向（或 其反方向）运动时不受力， 此特定方向与小磁针指向 一致.
y
F 0
v +* v
P
o
z
x
12
11-3 磁场 磁感强度
2、带电粒子在磁场中沿
第十一章 电磁学 恒定磁场 Ma 2016
0 qnS d lv er dB 4 r2
d B 0 qv er B d N 4 r 2 方向根据右手螺旋法则， B 垂直 v 、 正， B 为 v r 的方向；q为负， B 与
q
+
r B
v
q－
q为 r组成的平面。 v r 相反。
μ0 I B (cos θ1 cos θ 2 ) 4πr0
0 π
2
I
无限长载流长直导线的磁场
θ1 θ2
μ0 I B 2πr0
注意用右手螺旋关系判断方向。 半无限长载流长直导线的磁场
1
r0
P
θ1 θ2
2 π
μ0 I B 4πr0
I
r0
P
大学物理 电磁学
2、载流圆线圈轴线上的磁场 真空中，半径为R的载流导线，通有电流I，称圆电流。求其 轴线上一点 P的磁感强度的方向和大小
1、5 点 ： dB 0
7
6 5
Idl
R
×
× 3
3、7点 ： dB
0 Idl 4 π R2
4
2、4、6、8 点 ：
dB
0 Idl
4π R
2
sin 45
0
大学物理 电磁学
3. 毕—萨定律应用举例
dB 的方向均
沿x 轴负方向
(1) 载流长直导线的磁场
z
dz
解
2
dB
大学物理 电磁学
磁现象与电现象有没有联系？
静电场 ？
静止的电荷 运动的电荷
1820年奥斯特：发现电流的磁效应
N
大学物理(下)练习题及答案
xyoa•••a-(0,)P y qq-大学物理（下）练习题第三编 电场和磁场 第八章 真空中的静电场1．如图所示，在点((,0)a 处放置一个点电荷q +，在点(,0)a -处放置另一点电荷q -。
P 点在y 轴上，其坐标为(0,)y ，当y a ?时，该点场强的大小为(A) 204q y πε； (B) 202q y πε；(C)302qa y πε； (D)304qa y πε.[ ]2．将一细玻璃棒弯成半径为R 的半圆形，其上半部均匀分布有电量Q +, 下半部均匀分布有电量Q -，如图所示。
求圆心o 处的电场强度。
3．带电圆环的半径为R ,电荷线密度0cos λλφ=,式中00λ>，且为常数。
求圆心O 处的电场强度。
4．一均匀带电圆环的半径为R ，带电量为Q ，其轴线上任一点P 到圆心的距离为a 。
求P 点的场强。
5．关于高斯定理有下面几种说法，正确的是(A) 如果高斯面上E r处处为零，那么则该面内必无电荷；(B) 如果高斯面内无电荷，那么高斯面上E r处处为零；(C) 如果高斯面上E r处处不为零，那么高斯面内必有电荷；(D) 如果高斯面内有净电荷，那么通过高斯面的电通量必不为零； (E) 高斯定理仅适用于具有高度对称性的电场。
[ ]6．点电荷Q 被闭合曲面S 所包围，从无穷远处引入另一点电荷q 至曲面S 外一点,如图所示，则引入前后(A) 通过曲面S 的电通量不变，曲面上各点场强不变；(B) 通过曲面S 的电通量变化，曲面上各点场强不变；(C) 通过曲面S 的电通量变化，曲面上各点场强变化；(D) 通过曲面S 的电通量不变，曲面上各点场强变化。
[ ]7．如果将带电量为q 的点电荷置于立方体的一个顶角上，则通过与它不相邻的每个侧面的电场强度通量为xq g S Q g(A)06q ε； (B) 012q ε； (C) 024q ε； (D) 048q ε. [ ]8．如图所示，A 、B 为真空中两个平行的“无限大”均匀带电平面，A 面上的电荷面密度721.7718A C m σ--=-⨯⋅，B 面上的电荷面密度723.5418B C m σ--=⨯⋅。
第十一章恒定磁场
一 基本磁现象
磁性：能够吸引铁、钴、镍等物质的性质
磁体：具有磁性的物体（永磁体，电流，运动电荷）
磁场：磁体在其周围激发磁场
对放入其中的其它磁体有力的作用（安培力，洛伦兹力）
磁体 磁场 磁体
磁现象的电本质：安培分子环流（即电荷的运动）
恒定磁场（静磁场）：由恒定电流激发，不随时间变化。B(r )
说明磁感应线为闭合曲线。
E dl 0 说明电场线为非闭合曲线
例 如图载流长直导线的电流为 I , 试求通过矩形
面积的磁通量.（P204：例6）
B
dx
I
l
d1 d2
ox
x
解 B 0I
2π x
dΦ BdS 0I ldx
2π x
Φ
S
B dS
0Il
2π
例 带电粒子在电场和磁场中运动举例
1.速度选择器
+
A A’ K
eE
ev0
B
+ 速度选择器
p1 p2
........................
-
L
d
v0
E B
2 . 质谱仪
速度选择器
照相底片
...........
-p1
...
... ... ...
.. .. ..
s1 s2
p2
使带电粒子在磁场的作用下作回旋运动。 使带电粒子在电场的作用下得到加速。
NN
D2
O
~
D1
B
S
回旋加速器原理图
频率与半径无关
f qB 2π m
大学物理稳恒磁场习题及答案
衡水学院 理工科专业 《大学物理B 》 稳恒磁场 习题解答一、填空题（每空1分）1、电流密度矢量的定义式为：dIj n dS ⊥=，单位是：安培每平方米（A/m 2） 。
2、真空中有一载有稳恒电流I 的细线圈，则通过包围该线圈的封闭曲面S 的磁通量? = 0 ．若通过S 面上某面元d S 的元磁通为d ?，而线圈中的电流增加为2I 时,通过同一面元的元磁通为d ?＇，则d ?∶d ?＇= 1:2 。
3、一弯曲的载流导线在同一平面内，形状如图1(O 点是半径为R 1和R 2的两个半圆弧的共同圆心，电流自无穷远来到无穷远去)，则O 点磁感强度的大小是2020100444R IR IR IB πμμμ-+=。
4小为πR 2c Wb。
5、如图2所示通有电流I 的两根长直导线旁绕有三种环路；在每种情况下，等于：对环路a ：dB l ⋅⎰=____μ0I __； 对环路b ：d B l ⋅⎰=___0____； 对环路c ：d B l ⋅⎰ =__2μ0I __。
6、两个带电粒子，以相同的速度垂直磁感线飞入匀强磁场，它们的质量之比是1∶4，电荷之比是1∶2，它们所受的磁场力之比是___1∶2__，运动轨迹半径之比是_____1∶2_____。
二、单项选择题（每小题2分）（ B ）1、均匀磁场的磁感强度B 垂直于半径为r 的圆面．今以该圆周为边线，作一半球面S ，则通过S 面的磁通量的大小为A. 2?r 2BB.??r 2BC. 0D. 无法确定的量（ C ）2、有一个圆形回路1及一个正方形回路2，圆直径和正方形的边长相等，二者中通有大小相等的电流，它们在各自中心产生的磁感强度的大小之比B 1 / B 2为A. 0.90B. 1.00C. 1.11D. 1.22（ D ）3、如图3所示，电流从a 点分两路通过对称的圆环形分路，汇合于b 点．若ca 、bd 都沿环的径向，则在环形分路的环心处的磁感强度A. 方向垂直环形分路所在平面且指向纸内B. 方向垂直环形分路所在平面且指向纸外C ．方向在环形分路所在平面内，且指向aD ．为零（ D ）（ C ）??绕AC 轴旋转时，在中心O 点产生的磁感强度大小为B 1；此正方形同样以角速度??绕过O 点垂直于正方形平面的轴旋转时，在O 点产生的磁感强度的大小为B 2，则B 1与B 2间的关系为A. B 1 = B 2B. B 1 = 2B 2 C ．B 1 =21B 2 D ．B 1 = B 2 /4 （ B ）6、有一半径为R 的单匝圆线圈，通以电流I ，若将该导线弯成匝数N = 2的平面圆线圈，导线长度不变，并通以同样的电流，则线圈中心的磁感强度和线圈的磁矩分别是原来的 (A) 4倍和1/8． (B) 4倍和1/2． (C) 2倍和1/4． (D) 2倍和1/2． 三、判断题（每小题1分，请在括号里打上√或×）（ × ）1、电源的电动势是将负电荷从电源的负极通过电源内部移到电源正极时，非静电力作的功。
yyf11-1
5
静电场 ？
1820年，安培发现放在磁铁附近的载流导线或 年 线圈也会受到磁力作用而发生运动， 线圈也会受到磁力作用而发生运动，而后又发现 载流导线之间也会发生相互作用。 载流导线之间也会发生相互作用。 磁现象的电本质—运动的电荷产生磁场 磁现象的电本质 运动的电荷产生磁场 磁 作用 场 1822年安培由此提出了物质磁性本质的假说，即 由此提出了物质磁性本质的假说， 磁性本质的假说 年 一切磁现象的根源是电流 电流， 一切磁现象的根源是电流，构成物质的分子中都存在 有回路电流――分子电流 有回路电流 分子电流 安培分子电流假说与近代关于原子和分子结构的 安培分子电流假说与近代关于原子和分子结构的 认识相吻合。原子是由原子核和核外电子组成的， 认识相吻合。原子是由原子核和核外电子组成的，电 子的绕核运动就形成了经典概念的电流。 子的绕核运动就形成了经典概念的电流。
磁感应线 电流
3.2 磁通量
磁通量：穿过磁场中任一给定曲面的磁感线总数。 磁通量：穿过磁场中任一给定曲面的磁感线总数。
n
对于曲面上的非均匀 磁场， 磁场， 一般采用微元分割 法求其磁通量。 法求其磁通量。
dS
12
对所取微元，磁通量： 对所取微元，磁通量：
dΦ = BdS cosθ r r = B • dS
7
Байду номын сангаас
2 磁感应强度
运动 电荷 稳恒电流周围 磁场 运动 电荷 稳恒磁场
运动电荷在周围空间激发磁场， 运动电荷在周围空间激发磁场，电流或运动 电荷之间相互作用的磁力是通过磁场而作用的,磁 电荷之间相互作用的磁力是通过磁场而作用的 磁 场是物质存在的一种形式。 场是物质存在的一种形式。 1.磁场的特征： 磁场的特征： 磁场的特征 （1）在磁场中的运动电荷、载流导体、 ）在磁场中的运动电荷、载流导体、 磁性介质等受磁场力作用 受磁场力作用。 磁性介质等受磁场力作用。 （2）运动电荷、载流导体在磁场中运动 ）运动电荷、 —— 磁场具有能量 磁力作功。 时，磁力作功。
大学物理恒定磁场知识点及试题带答案
恒定磁场一、基本要求1、了解电流密度的概念。
2、掌握磁感应强度的概念及毕奥—萨伐尔定律，能利用叠加原理结合对称性分析，计算一些简单问题中的磁感应强度。
3、理解稳恒磁场的两个基本规律：磁高斯定理和安培环路定理。
掌握应用安培环路定理计算磁感应强度的条件和方法，并能熟练应用。
4、掌握洛伦兹力公式，能分析运动电荷在磁场中的受力和运动。
掌握安培力公式，理解磁矩的概念，能计算简单几何形状的载流导线和载流平面线圈在均匀磁场中或在无限长直载流导线产生的非均匀磁场中所受的力和力矩。
二、主要内容 1、稳恒电流电流：电荷的定向运动。
电流强度：单位时间通过导体某一横截面的电量，即dtdq I =。
电流密度)(δ：通过与该点的电荷移动方向相垂直的单位面积的电流强度，方向与该点的正电荷移动方向一致。
电流密度是描述电流分布细节的物理量，单位是2/m A 。
电流强度⎰⋅=SS d Iδ。
2、磁场在运动的电荷（电流）周围，除了形成电场外，还形成磁场。
磁场的基本性质之一是它对置于其中的运动电荷或电流有作用力。
和电场一样，磁场也是一种物质。
3、磁感应强度磁感应强度B是描述磁场性质的物理量。
当电荷在磁场中沿不同方向运动时，磁场对它的作用力不同，沿某方向运动时不受力，与该方向垂直运动时受力最大，定义B 的方向与该方向平行，由v q F⨯max 决定。
B 的大小定义为qvF B max=。
如右图所示。
B 的单位为T （特斯拉）。
4、毕奥—萨伐尔定律电流元：电流元l Id是矢量，其大小等于电流I 与导线元长度dl 的乘机，方向沿电流方向。
毕奥—萨伐尔定律：电流元l Id 在P 点产生的磁感应强度为 30r rl Id B d⨯=μ式中0μ为真空磁导率，A m T /10470⋅⨯=-πμ，r由电流元所在处到P 点的矢量。
运动电荷的磁场：304rrqv B πμ ⨯= 本章判断磁场方向的方法与高中所学方法相同。
几种特殊形状载流导线的磁场()012 cos cos 4I B aμθθπ=- a I B πμ20= a I B πμ40= )1(cos 40+=θπμa IB0=B5、磁场的高斯定理磁感应线：磁感应线为一些有向曲线，其上各店的切线方向为该点的磁感应强度方向，磁感应线是闭合曲线。
大学物理习题答案稳恒电流的磁场
第十章 稳恒电流的磁场1、四条相互平行的无限长直载流导线，电流强度均为I ，如图放置，若正方形每边长为2a ，求正方形中心O 点的磁感应强度的大小和方向。
解：43210B B B B B r r r r r +++=无限长载流直导线产生的磁感应强度 rI2B 0πμ=由图中的矢量分析可得a 2I a 2I22B B 0042πμ=πμ=+a I45cos a2I 2B 0000πμ=⋅πμ= 方向水平向左2、把一根无限长直导线弯成图 (a)、(b) 所示形状，通以电流I ，分别求出O 点的磁感应强度B 的大小和方向。
解：（a ）（b ）均可看成由两个半无限长载流直导线1、3和圆弧2组成，且磁感应强度在O 点的方向相同 （a ）方向垂直纸面向外。
)38(R16I43R 4I R 4I R 4I B 00000π+πμ=π⋅πμ+πμ+πμ=（b ）由于O 点在电流1、3的延长线上，所以0B B 31==r r方向垂直纸面向外。
R8I323R I 4B B 0020μ=π⋅πμ==14（a ） I（b ）3、真空中有一边长为l 的正三角形导体框架，另有互相平行并与三角形的bc 边平行的长直导线1和2分别在a 点和b 点与三角形导体框架相连 (如图) 。
已知直导线中的电流为I ，求正三角形中心点O 处的磁感应强度B 。
解：三角形高为 l l360sin h .0==4 它在 θθπμ=θ=d sin R 2Isin dB dB 20x θθπμ−=θ−=d cos R2I cos dB dB 20yRI d sin R2I dB B 20200x x πμ=∫θθπμ∫==π0d cos R2I dB B 020y y =∫∫θθπμ−==π)T (1037.6100.10.5104RI B B 522720x P −−−×=××π××π=πμ==∴轴正方向。
大学物理电磁学 第11章 恒定磁场
四、毕-萨定律的应用
dB
0 4
Idl r r2
方法：
(1)将电流分解为无数个电流元
(2)由电流元求dB (据毕—萨定律)
(3)对dB积分求B = dB 矢量积分须化作分量积分去做
Bx dBx , By dBy , Bz dBz
例题1 直线电流在P点的磁场
2
解：
任取电流元 I dl
所有磁现象可归纳为：
运动电荷
运动电荷
载流导体
磁场
载流导体
磁体
磁体
磁场的宏观性质：对运动电荷(或电流)有力的 作用，磁场有能量
二、磁感应强度
B 1、磁场的描述:磁感应强度
方向： 磁针静止时，N极指向即B的正方向
S
N
2、B的大小：
以磁场对载流导线的作用为例
电流元所受到的磁场力
dF Idl sin
l
r
B
3）说明磁场为非保守场称为涡旋场
静电场是保守场、无旋场
二、简证(用特例说明安培环路定理的正确性)
(1)闭合路径L环绕电流
L在垂直于导线的平面内
B 0I 2 r
L
I d
o
B
r
dl
磁感线
(2)闭合路径L不包围电流
B dl1 dl2 L
P
·
I
d
o
dl2
dl1
L2
L1
磁感线
·
Q
三、运用安培环路定理求磁场 安培环路定理适用于任何形状恒定电流的载流体
P·
Idl r
B
dB
0 4
Idl r r2
B
dB
0 4
Idl r r2
高考物理新电磁学知识点之稳恒电流图文答案
高考物理新电磁学知识点之稳恒电流图文答案一、选择题1．如图是一火警报警电路的示意图，其中R3为用某种材料制成的传感器，这种材料的电阻率随温度的升高而增大。
值班室的显示器为电路中的电流表，电源两极之间接一报警器。
当传感器R3所在处出现火情时，显示器的电流I、报警器两端的电压U的变化情况是（）A．I变大，U变大B．I变小，U变小C．I变大，U变小D．I变小，U变大2．在温控电路中，通过热敏电阻阻值随温度的变化可实现对电路相关物理量的控制．如图所示，R1为电阻箱，R2为半导体热敏电阻，C为电容器．已知热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，则有（）A．若R1固定，当环境温度降低时电压表的示数减小B．若R1固定，当环境温度降低时R1消耗的功率增大C．若R1固定，当环境温度降低时，电容器C的电荷量减少D．若R1固定，环境温度不变，当电容器C两极板间的距离增大时极板之间的电场强度减小3．在如图所示的电路中，闭合开关S后，a、b、c三盏灯均能发光，电源电动势为E，内阻为r。
现将变阻器R的滑片稍向下滑动一些，则（）A．b灯和c灯变暗，a灯变亮B．a灯和c灯变亮，b灯变暗C．a灯和c灯变暗，b灯变亮D．a灯和b灯变暗，c灯变亮4．如图电路中，电源电动势为E、内阻为r，R0为定值电阻，电容器的电容为C．闭合开关S，增大可变电阻R的阻值，电压表示数的变化量为ΔU，电流表示数的变化量为ΔI，则下列说法错误的是A ．变化过程中ΔU 和ΔI 的比值保持不变B ．电压表示数变大，电流表示数变小C ．电阻R 0两端电压减小，减小量为ΔUD ．电容器的带电量增大，增加量为C ΔU5．如图所示，电路中A 灯与B 灯的电阻相同，电源的内阻不可忽略，则当滑动变阻器R 的滑动片P 向上滑动时，两灯亮度的变化情况是（ ）A ．A 灯变亮，B 灯变亮B ．A 灯变暗，B 灯变亮C ．A 灯变暗，B 灯变暗D ．A 灯变亮，B 灯变暗6．如今电动动力平衡车非常受年轻人的喜爱，已慢慢成为街头的一种时尚，如图所示为某款电动平衡车的部分参数，则该电动平衡车（ ）电池容量：5000mAh充电器输出：直流24V/1000mA续航里程：40km 额定功率：40W行驶速度：20km/h ≤ 工作电压：24VA ．电池从完全没电到充满电所需的时间约为8.3hB ．电池最多能储存的电能为54.3210J ⨯C ．骑行时的工作电流为1AD ．充满电后能工作5h7．如图所示，直线A 为电源的路端电压与总电流关系的伏安图线，直线B 为电阻R 两端电压与通过该电阻流关系的伏安图线，用该电源和该电阻组成闭合电路，电源的输出功率和效率分别是（）A．2W，66.7%B．2W，33.3%C．4W，33.3%D．4W，66.7%8．如图为某扫地机器人，已知其工作的额定电压为15V，额定功率为30W，充电额定电压为24V，额定电流为0.5A，电池容量为2000mAh，则下列说法中错误的是（）A．电池容量是指电池储存电能的大小B．机器人充满电后连续工作时间约为1hC．机器人正常工作时的电流为2AD．机器人充满电大约需要4h9．如图所示，定值电阻R=20Ω，电动机线圈的电阻R0=10Ω，当开关S断开时，电流表的示数是0.5A．当开关S闭合后，电动机转动起来，电路两端的电压不变，电流表的示数I和电路消耗的电功率P应是（）A．I=1.5A B．I＜1.5AC．P=15W D．P＞15W10．如图所示，R4是半导体材料制成的热敏电阻，电阻率随温度的升高而减小，这就是一个火警报警器的电路，电流表是安放在值班室的显示器，电源两极之间接一个报警器，当R4所在处出现火情时，显示器的电流I和报警器两端的电压U的变化情况是( )A．I变大，U变小B．I变大，U变大C．I变小，U变大D．I变小，U变小11．如图所示,a 、b 端接入电源,当滑动变阻器滑片P 向下滑动时,电路中两个灯泡都不亮,用电压表检查电路时,测得U ab =U,U cd =U,U ac =0,U bd =0,则故障原因可能是…( )A ．变阻器短路B ．变阻器断路C ．a 、c 间灯泡断路D ．两个灯泡都断路12．某些肿瘤可以用“质子疗法”进行治疗。
大学物理_恒定电流、稳恒磁场基本性质习题解答
13 稳恒电流、稳恒磁场习题解答一、选择题1、 沿x 方向的电流产生的磁感应强度：T yI B 67011052.0251042--⨯=⋅⋅⨯==πππμ 方向沿着z 轴正向沿y 方向的电流产生的磁感应强度： T yI B 6702105.24.0251042--⨯=⋅⋅⨯==πππμ 方向沿着z 轴负向T B B B 621105.2-⨯=-= 方向沿着z 轴正向2、1012a I B μ=2020222)145cos 45(cos 2/44a Ia I B πμπμ=︒-︒⋅=由于 21B B = 所以 8:2:21π=a a3、由安培环路定理得：NI l d H l =⋅⎰ 则 r NIH π2= rNI H B πμμ200==2102/2/0ln2212D D h NI dr h rNI s d B D D ⋅⋅=⋅⋅=⋅=⎰⎰πμπμφ4、aev Te t q I π2=== T aevaIB 5200105.1242-⨯===πμμ5、导线1的左端与导线2的右端到o 点的距离不同，则21B B ≠，即021≠+B B由于a、b 两端的电压相等，cb ac ab I I I 22==，所以，03=B ，而0321≠++=B B B B6、ebmv R = B A v v 2= 则B A R R 2= eBm T π2=所以B A T T =7、 由于DIB R V H = 则 IBVD R H =8、略。
二、填空题1、4.0×1010个； 2、单位正电荷沿闭合回路移动一周时，非静电力所作的功；⎰⋅=电源内l d E k ε；由负极指向正极； 3、 Rih πμ20； 4、0； 5、2.197×10-6Wb;6、 22R B π-； 7、7.59×10-2m ； 8、1:11、lnec rnec Tne I ===π2 )(10410个⨯==eclI n2、略3、先把狭缝补全，并假设其电流密度与圆筒的一样，由整个圆筒得对称性得，0=B再假设在狭缝处有一反向电流，其电流密度为i -，则狭缝在管轴线上的RihB πμ20=4、由A 、C 两端的电压相等：221122112211θθI I l I l I R I R I UAC=⇒=⇒==rI rI B πθμμ42110101==rI rI B πθμμ42220202==所以021=-B B5、由对称性得：Wb r r r Il dr l r I s d B r r r612100102.2ln 22222211-+⨯=+⋅=⋅⋅=⋅=⎰⎰πμπμφ6、由于⎰=⋅0s d B，则圆盘的磁通量： 22B R s d B π＝圆盘⎰⋅ ， 所以任意曲面S 的磁通量为： 22BR s d B S π-⋅⎰＝7、m eBmv R 21059.7-⨯==8、rIB πμ20=2ln 220201πμπμφIldr l rIs d B aa=⋅⋅=⋅=⎰⎰2ln 2204202πμπμφIldr l rIs d B aa=⋅⋅=⋅=⎰⎰所以1:1:21=φφ三、计算题1、解：两半无限长载流直导线在O 点产生的磁感应强度为：01=B ；四分之一圆周载流导线在O 点产生的磁感应强度为：RIB 802μ=，方向垂直纸面向外；故：此载流导线在0点产生的磁场为： RIB 802μ=2、解：取坐标轴如图所示，将半球分割成无数薄圆盘片，圆周单位长度的线圈匝数为θπθπd NRd RNdN 22==当线圈通电流I 时，该薄圆盘片上电流在球心O 处产生的磁感应强度大小为dNy x IxdB 232220)(2+=μπθμθπμRNI d Ny x IxdB 20232220cos 2)(2=+=由于每个薄圆盘片上电流在球心O 产生的磁感应强度方向一致，故 ⎰⎰===0204cos πμθπθμRNI d RNI dB B磁感应强度的方向由电流的流向决定，沿y 轴正向或负向。
稳恒磁场(答案)
1稳 恒 磁 场 习 题 课 (2008.3.13)说明：数学表达式中字母为黑体者表示矢量Ⅰ 教学基本要求 电磁学1.掌握磁感应强度的概念。
理解毕奥· 萨伐尔定律，能计算一些简单问题中的磁感应强度。
2.理解稳恒磁场的规律：磁场高斯定理和安培环路定理。
理解用安培环路定理计算磁感应强度的条件和方法。
3.理解安培定律和洛伦兹力公式。
了解电偶极矩和磁矩的概念能计算电偶极子在均匀电场中，简单几何形状载流导体和载流平面线圈在均匀磁场中或在无限长直载流导线产生的非均匀磁场中所受的力和力矩。
能分析点电荷在均匀电场和均匀磁场中的受力和运动。
4.了解介质的极化、磁化现象及其微观解释。
了解铁磁质的特性。
了解各向同性介质中D 和E 、H 和B 之间的关系和区别。
了解介质中的安培环路定理。
Ⅱ 内容提要一.磁感强度B 的定义用试验线圈(P m )在磁场中受磁力矩定义： 大小 B=M max /p m ，方向 试验线圈稳定平衡时p m 的方向.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 32.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 B3.高斯定理0d =⋅⎰SS B稳恒磁场是无源场.四.安培环路定理 真空中 ⎰∑=⋅li I 0 d μl B介质中⎰∑=⋅liI0d l H稳恒磁场是非保守场,是涡旋场或有旋场.五.磁矩 P m ：1.定义 p m =I ⎰S d S2.磁偶极子激发的磁场：延长线上 B=[μ0/(4π)](2 p m /r 3) 中垂线上 B=[μ0/(4π)](－p m /r 3) 3. 载流线圈在均匀磁场中受力矩M= p m ×B六.洛伦兹力1.表达式 F m = q v ×B (狭义)F = q (E ＋v ×B ) (广义) 2.带电粒子在均匀磁场中运动： 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 cosα/(qB)3.霍耳效应：(1)磁场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;(2)霍耳电压U H=R H IB/d(3)霍耳系数R H=1/(nq)七.安培力1. 表达式d F m=I d l×B；2. 安培力的功W= I(Φm2－Φm1)。
高考物理南京电磁学知识点之稳恒电流解析含答案
高考物理南京电磁学知识点之稳恒电流解析含答案一、选择题1．以下四种规格的用电器，让它们在额定电压下工作相同的时间，下列说法正确的是（）A．电动机输出功率为650W B．电风扇和电烙铁产生的热量相同C．电风扇和电烙铁消耗的电能相同D．日光灯消耗的电能全部转化为光能2．如图所示的电路中，E为电源，其内阻为r，L为小灯泡(其灯丝电阻可视为不变)，R1、R2为定值电阻，R3为光敏电阻，其阻值大小随所受照射光强度的增大而减小，V为理想电压表．若将照射R3的光的强度减弱，则()A．电压表的示数变大B．小灯泡消耗的功率变小C．通过R2的电流变小D．电源内阻消耗的电压变大3．某些肿瘤可以用“质子疗法”进行治疗。
在这种疗法中，为了能让质子进入癌细胞，首先要实现质子的高速运动，该过程需要一种被称作“粒子加速器”的装置来实现。
质子先被加速到较高的速度，然后轰击肿瘤并杀死癌细胞。
如图所示，来自质子源的质子（初速度为零），经加速电压为U的加速器加速后，形成细柱形的质子流。
已知细柱形的质子流横截面积为S，其等效电流为I；质子的质量为m，其电量为e.那么这束质子流内单位体积的质子数n是A ．2I U eS mB ．I m eS eU C ．2I eU eS m D ．2Im eS eU4．如图所示电路中，A 、B 两灯均正常发光，R 为一滑动变阻器，若将滑动片P 向下滑动，则（ ）A ．A 灯变亮B ．B 灯变亮C ．总电流变小D ．R 1上消耗功率变大5．电动机是把电能转化成机械能的一种设备，在工农业、交通运输、国防及家电、医疗领域广泛应用。
图示表格是某品牌电动机铭牌的部分参数，据此信息，下列说法中正确的是（ ）A ．该电动机的发热功率为1100WB ．该电动机转化为机械能的功率为1100WC ．该电动机的线圈电阻R 为8.8ΩD ．该电动机正常工作时每分钟对外做的功为46.610J6．在如图所示的电路中，闭合开关S 后，a 、b 、c 三盏灯均能发光，电源电动势为E ，内阻为r 。
第11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 sI =⋅⎰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=。
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相同。
由于铜线和银层的电导率σ不同，根据j E σ=知，它们中的电流密度j 不相同。
电流强度d sI =⋅⎰ j s ，铜线和银层的j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。
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 sI=⋅⎰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=。
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 相同。
由于铜线和银层的电导率σ不同，根据j E σ=知，它们中的电流密度j 不相同。
电流强度d sI=⋅⎰j s ，铜线和银层的j 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。
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第11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 sI =⋅⎰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=。
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相同。
由于铜线和银层的电导率σ不同，根据j E σ=知，它们中的电流密度j 不相同。
电流强度d sI =⋅⎰j s ，铜线和银层的j 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 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Β。
分析：根据毕奥-萨伐尔定律求解。
解：由毕奥-萨伐尔定律03d d .4πI r μ⨯=l rΒ原点O 处的电流元d I l 在（a ，0，0）点产生的Β为：000332()444I IdlIdlj ai dB adlk k a a a μμμπππ⨯==-=-d I l 在（0，a ，0）点产生的Β为：0032d d d ()0,4π4πI lI l a a a μμ⨯==⨯=j jB j jd I l 在（a ，a ，0）点产生的Β为：00232().416(2)IdlIdlj ai aj dB k a a μμππ⨯+==- d I l 在（a ，a ，a ）点产生的Β为00233d d ()d ().4π36π(3)I lI l a a a aa μμ⨯++==-j i j k B i k 11-7 用两根彼此平行的长直导线将半径为R 的均匀导体圆环联到电源上，如题11-7图所示，b 点为切点，求O 点的磁感应强度。
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以及导体圆环上并联的大圆弧ab 大和小圆弧ab 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ab 大和ab 小并联，设大圆弧有电流1I ，小圆弧有电流2I ，必有： 12.I R I R =大小由于圆环材料相同，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 的大小为0112,4πI l B R μ=大而2I 在O 点产生的2B 的大小为02212.4I l B B Rμ==π小1B 和2B 方向相反，大小相等.即120B B +=。
直导线1L 在O 点产生的30B ＝。
题11-7图题11-6图直导线2L 在O 点产生的RIB πμ404=，方向垂直纸面向外。
则O 点总的磁感强度大小为RIB B πμ4040== 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 IB R Rμμπ==π2DE 段：0002(cos 45cos135).4242/2DE II IB aRR μμμ=︒-︒==πππO 点总磁感应强度为0002811.24DE CD IIB B B RRI 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内距板边为a 的P 点处的磁感应强度。
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 。
并将dB 再积分求解总的磁感应强度。
注意利用场的对称性。
题11-8图题图11-9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d d.II xa=dI在P点处产生的磁感强度为：0dd,2IBxμ=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2000dd d ln2.2π2π2πaaI IIB B xx x a aμμμ⎛⎫====⎪⎝⎭⎰⎰⎰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。
并将场强矢量dB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 dl Rθ=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0dd2πIBRμ=，方向按右手螺旋法则确定，如解11-10图所示。
I IdI dl RdR Rθππ==，002d dd.2π2πI IBR Rμμθ==题11-10图解11-10图由于各电流窄条产生的磁场方向各不相同，P 点的总磁场应化矢量积分为标量积分，即0022d d d sin sin ,2x x I IB B B R R μθμθθπ====ππ⎰⎰⎰020d d d cos cos 0.2y y I B B B Rμθθθπ====π⎰⎰⎰502456.3710T,10x IB B x R μ-7-22-π⨯10⨯====⨯ππ⨯方向沿正向. 11-11 在半径为R 及r 的两圆周之间，有一总匝数为N 的均匀密绕平面线圈（如题11-11图）通有电流I ，求线圈中心（即两圆圆心）处的磁感应强度。
分析：微分密绕平面线圈，计算出相应的微分电流dI ，利用载流圆环在其圆心处产生的磁场公式求解dB 。
并将矢量dB 再积分求解总的磁感应强度。
解：由于载流螺旋线绕得很密，可以将它看成由许多同心的圆电流所组成，在沿径向r 到R 范围内，单位长度的线圈匝数为.N n R r=- 任取半径ρ，宽为d ρ的电流环，该电流环共有电流为d d .INIn R rρρ=- 该电流环在线圈中心产生的磁感强度大小为00d d d .22()IN B In R r μμρρρρ==- 圆心处总磁感强度大小00d d ln ,2()2()RrIN IN RB B R r R r rμμρρ===--⎰⎰方向垂直纸面向外。
题11-11图11-12 如题11-12图所示，在顶角为2θ的圆锥台上密绕以线圈，共N 匝，通以电流I ，绕有线圈部分的上下底半径分别为r 和R .求圆锥顶O 处的磁感应强度的大小.分析：微分密绕线圈，计算出相应的微分电流dI ，利用载流圆环在其轴线上产生的磁场公式求解dB 。
并将矢量dB 再积分求解总的磁感应强度。
解：只要将题11-11中的均匀密绕平面线圈沿通过中心的轴垂直上提，便与本题条件相一致，故解题思路也相似。
如解11-12图建立坐标，取半径为ρ，宽为d ρ的电流环的密绕线圈，其含有匝数为d NR rρ-， 通电流为d d .NII R r ρ=-因为cot x ρθ=，cot dx d ρθ=。
半径为ρ的一小匝电流在O 点产生的dB 大小为2200223/22223/2d d 2(+)2(+cot )()I NIdB x R r μρμρρρρρθ==-3003sin d d .2csc ()2()NI NI R r R r μμθρρθρρ==-- 所有电流产生的磁场方向均沿x 轴，所以其磁感强度大小为3300sin sin d ln.2()2()RrNI NI RB R r R r rμθμθρρ==--⎰11-13 半径为R 的木球上绕有细导线，所绕线圈很紧密，相邻的线圈彼此平行地靠着，以单层盖住半个球面共有N 匝，如题11-13图所示。
设导线中通有电流I ，求在球心O 处的磁感应强度。
分析：考虑线圈沿圆弧均匀分布，微分密绕线圈，计算出相应的微分电流dI ，利用载流圆环在其轴线上产生的磁感应强度公式求解dB 。
并将矢量dB 再积分求解总的磁感应强度。
解：建立如解11-13图所示坐标，x 轴垂直线圈平面，考虑线圈沿圆弧均匀分布，故在x x dx -+内含有线圈的匝数为22d d d d ./2N N NN l R R R θθ===πππ线圈中通电流I 时，中心O 点处磁感强度为20223/2d d .2()Iy B N x y μ=+因为 sin ,cos ,x R y R θθ== 对整个半球积分求得O 点总磁感强度为20223/2d d 2()Iy B B N x y μ==+⎰⎰题11-12图 解11-12图题11-13图解11-13图20cos d INRμθθπ20=π⎰0,4INx Rμ=方向沿轴正向。
11-14 一个塑料圆盘，半径为R ，带电量q 均匀分布于表面，圆盘绕通过圆心垂直盘面的轴转动，角速度为ω.试证明 （1）在圆盘中心处的磁感应强度为0;2qB Rμω=π（2）圆盘的磁偶极矩为2m 1.4p q R ω=分析：均匀带电圆盘以角速度ω旋转时相当于圆电流，微分带电圆盘，计算出相应的微分电流dI ，利用载流圆环在其圆心处产生的磁场公式求解dB 。