上海交大版 大学物理 答案7稳恒磁场习题思考题

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1、178习题77-1．如图所示的弓形线框中通有电流，求圆心处的磁感应强度。解：圆弧在O点的磁感应强度：，方向：；直导线在O点的磁感应强度：，方向：；∴总场强：，方向。7-2．如图所示，两个半径均为R的线圈平行共轴放置，其圆心O1、O2相距为a，在两线圈中通以电流强度均为I的同方向电流。（1）以O1O2连线的中点O为原点，求轴线上坐标为x的任意点的磁感应强度大小；（2）试证明：当时，O点处的磁场最为均匀。解：见书中载流圆线圈轴线上的磁场，有公式：。（1）左线圈在x处点产生的磁感应强度：，右线圈在x处点产生的磁感应强度：，和方向一致，均沿轴线水平向

2、右，∴点磁感应强度：；（2）因为随变化，变化率为，若此变化率在处的变化最缓慢，则O点处的磁场最为均匀，下面讨论O点附近磁感应强度随变化情况，即对的各阶导数进行讨论。对求一阶导数：当时，，可见在O点，磁感应强度有极值。对求二阶导数：178当时，，可见，当时，，O点的磁感应强度有极小值，当时，，O点的磁感应强度有极大值，当时，，说明磁感应强度在O点附近的磁场是相当均匀的，可看成匀强磁场。【利用此结论，一般在实验室中，用两个同轴、平行放置的匝线圈，相对距离等于线圈半径，通电后会在两线圈之间产生一个近似均匀的磁场，比长直螺线管产生的磁场方便实验，这样

3、的线圈叫亥姆霍兹线圈】7-3．无限长细导线弯成如图所示的形状，其中部分是在平面内半径为的半圆，试求通以电流时点的磁感应强度。解：∵a段对O点的磁感应强度可用求得，有：，∴b段的延长线过点，，c段产生的磁感应强度为：，∴则：O点的总场强：，方向如图。7-4．在半径的无限长半圆柱形金属片中，有电流自下而上通过，如图所示。试求圆柱轴线上一点处的磁感应强度的大小。解：将半圆柱形无限长载流薄板细分成宽为的长直电流，有：，利用。178在P点处的磁感应强度为：，∴，而因为对称性，那么，。7-5．如图所示，长直电缆由半径为R1的导体圆柱与同轴的内外半径分别为

4、R2、R3的导体圆筒构成，电流沿轴线方向由一导体流入，从另一导体流出，设电流强度I都均匀地分布在横截面上。求距轴线为r处的磁感应强度大小（）。解：利用安培环路定理分段讨论。（1）当时，有：∴；（2）当时，有：，∴；（3）当时，有：，∴；（4）当时，有：，∴。则：7-6．一边长为l=0.15m的立方体如图放置在均匀磁场中，计算（1）通过立方体上阴影面积的磁通量；（2）通过立方体六面的总磁通量。解：（1）通过立方体上（右侧）阴影面积的磁通量为178（2）由于立方体左右两个面的外法线方向相反，通过这两个面的磁通量相互抵消，同理，上下两面和前后两面各

5、相互抵消，因此通过立方体六面的总磁通量为0。7-7．一根很长的直导线，载有电流10A，有一边长为1m的正方形平面与直导线共面，相距为1m，如图所示，试计算通过正方形平面的磁感应通量。解：将正方形平面分割成平行于直导线的窄条，对距离直导线为x宽度为dx的窄条，通过的磁通量为通过整个正方形平面的磁通量为7-8．如图所示，在长直导线旁有一矩形线圈，导线中通有电流，线圈中通有电流，已知d=1cm,b=9cm,l=20cm，求矩形线圈上所受到的合力是多少？解：矩形线圈上下两边所受的磁力相互抵消。矩形线圈左边所受的磁力为方向向左矩形线圈右边所受的磁力为方

6、向向右矩形线圈上所受到的合力为方向向左7-9．无限长直线电流与直线电流共面，几何位置如图所示，试求直线电流受到电流磁场的作用力。解：在直线电流上任意取一个小电流元，此电流元到长直线的距离为，无限长直线电流在小电流元处产生的磁感应强度为：，再利用，考虑到，有：，∴。1787-10．一半径为的无限长半圆柱面导体，载有与轴线上的长直导线的电流等值反向的电流，如图所示，试求轴线上长直导线单位长度所受的磁力。解：设半圆柱面导体的线电流分布为，如图，由安培环路定理，电流在点处产生的磁感应强度为：，可求得：；又∵，故，有：，而，所以：。7-11．有一根形导

7、线，质量为，两端浸没在水银槽中，导线水平部分的长度为，处在磁感应强度大小为的均匀磁场中，如图所示。当接通电源时，导线就会从水银槽中跳起来。假定电流脉冲的时间与导线上升时间相比可忽略，试由导线跳起所达到的高度计算电流脉冲的电荷量。解：接通电流时有，而，则：，积分有：；又由机械能守恒：，有：，∴。7-12．截面积为、密度为的铜导线被弯成正方形的三边，可以绕水平轴转动，如图14-53所示。导线放在方向竖直向上的匀强磁场中，当导线中的电流为时，导线离开原来的竖直位置偏转一个角度而平衡，求磁感应强度。解：设正方形的边长为，质量为，。平衡时重力矩等于磁力

8、矩：由，磁力矩的大小：；重力矩为：178平衡时：，∴。7-13．在电子显像管的电子束中，电子能量为12000eV，这个显像管的取向使电子水平地由南向北运动。该处地球