大学应用物理第八章习题答案.docVIP

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大学应用物理第八章习题答案.doc

第八章 磁场 8-11 如8-11题图所示,有两根导线沿半径方向接触铁环的a、b两点,并与很远处的电源相接。求环心O的磁感强度。 解:设图中圆弧的半径为。由题可知,距点很远,故;点在和的延长线上故;又因载流圆弧在圆心处产生的磁感强度为:,其中为圆弧长,故弧和弧在点产生的磁感强度分别为: , 又由于导线的电阻与导线的长度成正比,且圆弧和圆弧构成并联电路,所以有: 根据叠加原理可得点的磁感强度为: 8-12 如8-12题图所示,几种载流导线在平面内分布,电流均为I,它们在点O的磁感强度各为多少? 解:因载流圆弧在圆心处产生的磁感强度为:,无限长载流直导线在距离处的磁感应强度为,故由叠加原理可得: (a)图中,将流导线看作圆电流和两段半无限长载流直导线,则: (b)图中,将载流导线看作圆电流和长直电流,则: 的方向垂直纸面向里。 (C)图中,将载流导线看作圆电流和两段半无限长直电流,则: 的方向垂直纸面向外。 8-14在磁感强度为B的均匀磁场中,有一半径为的半球面,B与半球面轴线的夹角为。求通过该半球面的磁通量。 解:设有一半径为的圆面与半径为的半球面构成封闭曲面,则由磁场的高斯定理可知: 所以: 8-15电流I均匀地流过半径为R的圆形长直导线,试计算单位长度导线通过8-15题图中所示剖面的磁通量。 解:将导线视为长直圆柱体,由于电流沿轴向均匀流过导体,故其磁场呈轴对称分布,即在与导线同轴的圆柱面上各点,大小相等,方向与电流成右手螺线关系。围绕轴线取同心圆环路,使其绕向与电流成右手螺旋关系,根据安培环路定理可求得导线内部距轴线处的磁感强度。 ; 如图所示,在距轴线处的剖面上取一宽度很窄的面元,该面元上各点的相同,由磁通量的定义可知穿过该面元的磁通量为: 故: 单位长度的磁通量为: 8-16 如8-16题图所示,两平行长直导线相距40cm,每条通有电流I=200A求: (1)两导线所在平面内与该两导线等距的一点A处的磁感应强度; (2)通过图中斜线所示矩形面积内的磁通量。已知r1=r3=10cm,r2=20cm,l=25cm。 解:(1)解:因长直载流导线在空间某点产生的磁感应强度为,由磁场的叠加原理可知两导线所在平面内与该两导线等距的一点A处的磁感应强度为: 方向垂直纸面向里。 (2)建立如图8—16(b)所示的坐标,穿过线圈的总磁通等于一条电流产生磁通的两倍,即。 方法一:在中距原点0为处取一很窄的面积元,穿过该面积的磁通量为:。穿过线圈的总磁通为: 方法二:设两电流相距为,则由两电流产生的磁感应强度为 故: 8-17已知10裸铜线允许通过50A电流而不会使导线过热,电流在导线横截面上均匀分布。求: (1)导线内、外磁感强度的分布; (2)导线表面的磁感强度。 解:(1)将导线视为长直圆柱体,由于电流沿轴向均匀流过导体,故其磁场呈轴对称分布,即在与导线同轴的圆柱面上各点,大小相等,方向与电流成右手螺线关系。围绕轴线取同心圆环路,使其绕向与电流成右手螺旋关系,根据安培环路定理可知: 当时,,所以: ; 当时,,所以: (2)在导线表面,由题可知:,,则由(1)问可得: 磁感强度的分布曲线如图8-17题图所示。 8-18 有一同轴电缆,其尺寸如8-18题图(a)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强度: (1)r<R1; (2)Rl<r<R2; (3)R2<r<R3; (4)r>R3,画出B一r图线。 解:由题可知,同轴导体内的电流均匀分布,其磁场呈轴对称分布,取半径为的同心圆为积分路径,根据安培环路定理有: (1)当时有: (2) 当时有: (2) 当时有: (2) 当时有: 磁感强度图线如8-18题图(b)所示。 8-19 如8-19题图所示,N匝线圈均匀密绕在截面为长方形的中空骨架上。求通入电流I后,环内外磁场的分布。 解:由右手螺旋法则可知:螺线管内磁感强度的方向与螺线管中心轴线构成同心圆,若取半径为的圆周为积分路径,则由安培环路定理可知: 当时, 当时, 当时, 8-24 一通有电流为I的导线,弯成如8-24题图(a)所示的形状,放在磁感强度为B的均匀磁场中,B的方向垂直纸面向里.问此导线受到的安培力为多少? 解:将导线分解成两段直线和一段半圆弧三部分。由于两段导线所受的安培力大小相等,但方向相反,由安培定律可知: 如8-24题图(b)所示,在半圆弧上与轴成角处任取一圆弧,该圆弧所受的力为:,方向如图所示。由对称性可知,整个半圆弧在轴上所受的合力为零。故有: 由叠加原理可知:所求导线的安培力为: 8-25 如8-25题图(a)所示,一根长直导线载有电流,矩形回路载有电流试计算作用在回路上的合力。已

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