大学物理第8章《恒定电流的磁场》复习思考题
大学物理第八章 恒定电流的磁场
1. 电流密度(它与电流强度有何不同?)
I1 I 2
1
2
I
电荷通过时的疏密程度不同
电流密度：在垂直于电流的方向上单位面积上的电流强 dI 度，用 j 表示。其大小 j ds , j 的方 向：正电荷运动的方向。
6
3. I 与 j
ds
ds
取如图I的方向，任取一截面ds， 其法线与I间的夹角为α，那么该截面 的电流密度为何？ dI dI 据定义： j ds ds cos
通 电 以 后
一切磁现象都是运动电荷产生的
20
二. 磁场 磁感强度 1. 磁场 运动电荷或电流周围存在着磁场，运动电 荷或电流之间的相互作用是通过磁场来实现的。 2. 磁场的重要表现 力 磁场对运动电荷或载流导线有作用力
功 当载流导线在磁场中运动时，磁场施于载流 导线的力作功
21
3、磁感强度
2)导线无限长时，
l
1
r
a
B
B 0
2a
0
o
p
dB
I
1 0 2 I I B 0 2 0 4a 2a
3)导线半无限长时，
I
I
B
4a
0
I
36
2、载流圆线圈轴线上的磁场
分析： dB 相互抵消; B dB
L
应用 毕奥—萨伐尔定律：
dB//
22
B. 磁感强度
用运动电荷在磁场中所受作用力来定义
实验表明，当运动电荷速度 v 的方向与磁场方
向平行时，所受磁力 F 0 ；垂直时， 所受磁力最 磁场方向 大，为 Fmax 。 y v q 磁感强度 B 定义为 x Fmax Fmax B z 大小 方向 单位
第8章-恒定电流的磁场(1)解读
B Bi ； B dB
磁场
i
叠加原理
二、运动电荷的磁场
设电流元 Idl，横截面积S，单位体积内 有n个定向运动的正电荷,每个电荷电量为q， 定向速度为v。
单位时间内通过横截面S的电量即为 电流强度I:
I qnvS
30
电流元在P点产生的磁感应强度
B半无限
1 2
B无限
B
P
B无限
0I 2r
例题2 圆电流中心的磁感应强度
dB
0 Idl 4R2
I
Idl
dB oR
B
0 Idl I 4R2
0 I 4R 2
dl
I
0I
2R
B
B 0I
2R
B N 0I
2R
N---分数和整数
原因：各电流元在中心产生的磁场方向相同 37
B
×
r
r
q
v
垂直于纸面向外
q
v
垂直于纸面向外
方向由右手定则确定
32
三、毕奥－萨伐尔定律的应用
例题1 直线电流的磁场
2
Idl
r
Ll
or
1
dB o Idl sin 4 r2
P
B
dB
o Idl sin 4r 2
方向
33
2
Idl
Idl
rˆ
Io
Idl
r 组成的平面
r
dB
.
高考物理一轮复习第8章恒定电流第2讲闭合电路欧姆定律及其应用习题新人教版
第八章 第2讲 闭合电路欧姆定律及其应用1．(2016·全国卷Ⅱ)阻值相等的四个电阻、电容器C 及电池E (内阻可忽略)连接成如图所示电路。
开关S 断开且电流稳定时，C 所带的电荷量为Q 1；闭合开关S ，电流再次稳定后，C 所带的电荷量为Q 2。
Q 1与Q 2的比值为导学号 21992549( C )A ．2/5B ．1/2C ．3/5D ．2/3[解析] 电路中四个电阻阻值相等，开关S 断开时，外电路的连接等效为图1，由于不计电池的内阻，设每个定值电阻的阻值为R ，根据串并联电路的特点可知，电容器两端的电压为U 1＝12×23R 23R ＋R E ＝15E ；当开关S 闭合后，外电路的连接等效为图2，则电容器两端的电压为U 2＝12R 12R ＋R E ＝13E ，由Q ＝CU 可知，Q 1Q 2＝U 1U 2＝35，C 项正确。
2．(2016·江苏物理)(多选)如图所示的电路中，电源电动势为12V ，内阻为2Ω，四个电阻的阻值已在图中标出。
闭合开关S ，下列说法正确的有导学号 21992550( AC )A ．路端电压为10VB ．电源的总功率为10WC ．a 、b 间电压的大小为5VD ．a 、b 间用导线连接后，电路的总电流为1A[解析] 开关S 闭合后，外电路的总电阻为R ＝10Ω，路端电压U ＝E R ＋r R ＝1212×10V＝10V ，A 项正确；电源的总功率P ＝E 2R ＋r ＝12W ，B 项错误；由于两条支路的电流均为I ′＝1020A ＝0.5A ，因此a 、b 两点间的电压为U ab ＝0.5×(15－5)V ＝5V ，C 项正确；a 、b 两点用导线连接后，外电阻R ′＝2×5×155＋15Ω＝7.5Ω，因此电路中的总电流I ＝E R ′＋r ＝129.5A ＝1.26A ，D 项错误。
3．(2017·安徽淮北一模)在如图甲所示电路中，闭合开关S ，当滑动变阻器的滑片P 向上滑动的过程中，四个理想电表的示数都发生变化。
《大学物理》第八章 复习资料要点
§8.1 电磁感应定律 一． 电磁感应现象当穿过一个闭合导体回路的磁通量应电流i I 。
b二． 愣次定律闭合回路中感应电流的方向，总是使得它所激发的磁场来阻止引起感应电流的磁通量的变化。
S 三．（法拉第）电磁感应定律当回路所包围的磁通量变化时，回路中将产生感应电动势i ε。
dtd N i φε-=在磁场中运动导线的动生电动势：l d B v i∙⨯⎰=)(ε(1) l d v B,,三者两两垂直: ⎰=Bvdl i ε(2) l d v B ,,三者两两垂直，且B 为匀强磁场时：Bvl i =ε例：长为l 、质量为m 的导线ab 可在矩形金属框上作无摩擦自由滑动，线框处在均匀外磁场B中， × × ×a × 其电阻为R 。
若ab ×导线以初速0v 运动， ×求任一时刻的速度。
× × ×b ×t mR l B v v m i m i i i e v v v dv dt mR l B dtdv m R vl B dt dv m ma F R vl B l BI F RBvlR I Bvl t 22000222222-=⎰-=⎰-=-=-====== εε例：已知长直导线电流i , ab 段电阻为R 且以v 速度运动。
求：(1)作用于ab 上的 外力为多少？(2)ab 间的电势差。
(3)a 、b在磁场中转动线圈的动生电动势：t NBS it dtd dt d NBS dt d N i BS S d B ωωεωθωθθθφεθφsin sin cos ===-==⎰=∙＝ 最大感应电动势时，讨论： 当－－ ωεπθNBS i==2§8.3 感生电动势 涡旋电场 感生电场性质：1. 电场线是闭合曲线，——感生电场是有旋场（涡旋电场）。
2. 0>∂∂⎰⎰⎰∂∂-=∙∙tB S d t B l d E例：一半径为R 的长直螺线管，单位长度上绕有n 匝线圈，线圈中电流t I α=。
高考物理二轮复习考点第八章恒定电流专题电路综合性问题
专题8.6 电路综合性问题一．选择题1．（2020北京东城二模）移动电源（俗称充电宝）解决了众多移动设备的“缺电之苦”，受到越来越多人的青睐。
目前市场上大多数充电宝的核心部件是锂离子电池（电动势3.7 V）及其充放电保护电路、充放电管理电路、升压电路等。
其中的升压电路可以将锂离子电池的输出电压提升到手机、平板电脑等移动设备所要求的输入电压(5 V)。
由于锂离子电池的材料特性，在电池短路、过高或过低温度、过度充电或放电等情况下都有可能引起电池漏液、起火或爆炸。
为安全起见，中国民航总局做出了相关规定，如图1所示。
为了给智能手机充电，小明购买了一款移动电源，其铭牌如图2所示。
给手机充电时该移动电源的效率按80%计算。
根据以上材料，请你判断A．这款移动电源能为手机提供的最大充电量为8000 mAhB．这款移动电源充满电后所储存的总化学能为37 WhC．乘飞机出行时，这款移动电源可以托运D．Wh与mAh均为能量单位【参考答案】B【名师解析】这款移动电源能为手机提供的最大充电量为10 000 mAh，选项A错误；这款移动电源充满电后所储存的总电能为10 000 mAh×3.7V=37Wh，由能量守恒定律可知总化学能为37 Wh，选项B正确。
乘飞机出行时，这款移动电源可以随身携带，不可以托运，选项C错误。
Wh为能量单位，mAh为电量单位，选项D错误。
此题正确选项为B。
2．（2020浙江建人中学摸底）扫地机器人是智能家用电器的一种，它利用自身携带的小型吸尘部件进行吸尘清扫，如图为酷斯520扫地机器人，已知其工作额定电压15V，额定功率30W，充电额定电压24V，额定电流0.5A，充电时间约240分钟，电池容量2000mAh，则下列说法正确的是（）A．电池容量是指电池储存电能的大小B．机器人正常工作的电压为24VC．机器人正常工作时的电流为0.5AD．机器人充满电后一次工作时间最多约为1小时【参考答案】D3．（2020百校联盟猜题卷）某温度检测、光电控制加热装置原理如图所示。
2019高考物理大一轮复习第8章45分钟高考热点练(八)恒定电流精练(含解析)
45 分钟高考热点练(八) 恒定电流热点一基本仪器的使用及读数1. (2015 •海南单科• 11)某同学利用游标卡尺和螺旋测微器分别测量一圆柱体工件的直径和高度，测量结果如图(a)和(b)所示。
该工件的直径为_____________ c m,高度为 _________ mm解析：图(a)为20分度的游标卡尺，其精度为0.05 mm。
主尺读数为12 mm,游标尺上第4条刻线与主尺上的一条刻线对齐，故测量结果为12 mm+ 4X 0.05 mm= 12.20 mm = 1.220 cm。
螺旋测微器的精度为0.01 mm，由图(b)知固定刻度读数为6.5 mm，可动刻度读数为“ 36.0 ”，故工件的高度为 6.5 mm+ 36.0 X 0.01 mm= 6.860 mm。
答案： 1.220 6.8602. (2018 •眉山期末)为了确定一个定值电阻R的阻值，做如下测量：(1) ______________________________________________________________ 用多用电表“X 1”倍率粗测该电阻，示数如图所示，测量结果为_____________________________ Q o（2）用伏安法测量该电阻，实验室提供的器材及规格如下：电压表V i（0〜3 V，内阻约3 k Q）电压表V2（0〜15 V，内阻约15 k Q）电流表A（0〜50 mA,内阻约 5 Q）滑动变阻器R（最大阻值20 Q）滑动变阻器R2（最大阻值2 k Q）定值电阻R）（阻值50 Q）电源（4 V，内阻可不计）开关 1 个,导线若干为了较准确的测量电阻,①电压表应该选择 _______ ,滑动变阻器应该选择 ___________②请在方框内画出电路图。
解析：(1)用多用电表“X 1”倍率粗测该电阻，测量结果为13 Qo⑵①因电源电压只有4V，故电压表选V;滑动变阻器要用分压电路，故选R;②电路如图所示：答案：(1)13 (2)①V i R②见解析图热点二以伏安法测电阻为核心考查电学实验3．某探究小组利用课外时间做了如下探究实验。
大学物理第八章恒定电流的磁场
Fe 2.磁性： 磁铁能吸引含有 Co 物质的性质。
Ni
3.磁极：磁铁上磁性最强的两端，分为
N S
北同 极，指向 方，
南异
斥 性相 。
吸
三.磁场
1.概念： 运动qυ电荷或电I流周围存在的物质，称为磁场。
2.对外表现
① qυ或 I 在磁场中受到力的作用。
②载流导线在磁场中移动，磁场力作功。
力的表现 功的表现
极。
然而，磁和电有很多相似之处。例如，同种电荷
互相推斥，异种电荷互相吸引；同名磁极也互相推
斥，异名磁极也互相吸引。用摩擦的方法能使物体带
上电；如果用磁铁的一极在一根钢棒上沿同一方向摩
擦几次，也能使钢棒磁化。但是，为什么正、负电荷 能够单独存在，而单个磁极却不能单独存在呢？多年 来，人们百思而不得其解。
dN B
dS
一些典型磁场的磁感线：
2.性质
①磁感线是无始无终的闭合曲线。
B
A
②任二条磁感线不相交。
B
③磁感线与电流是套合的，它们之间可用右手螺旋法 则来确定。
B
I
I
B
四.磁通量
1.定义：通过一给定曲面的磁感线的条数，称为通过该 曲面的磁通量。
电场强度通量：e S E dS
通过面元 dS的磁感线数： dN BdS BdS cos
3.电荷之间的磁相互作用与库仑相互作用的不同 ①电荷无论是静止还是运动的，它们之间都存在库仑 作用； ②只有运动的电荷之间才有磁相互作用。
四.磁感强度
电场 E 磁场 B
1.实验 在垂于电流的平面内放若干枚小磁针，发现：
①小磁针距电流远近不同，
N
受磁力大小不同。
②距电流等远处，小磁针受
第8章 恒定电流的磁场 - 副本
BA
Ek
dl
电源外部无非静电力，则 Ek dl
电动势可表示为：非静电性场强沿闭合电路上的环流。
§8-2 磁感应强度
一、基本磁现象
1.中国在磁学方面的贡献
最早发现磁现象：磁石吸引铁屑。
春秋战国《吕氏春秋》记载：
“慈石召铁，或引之也”。
东汉王充《论衡》描述：
司南最早的指南器具
2x3
0 2
I R2
x3
0 2
IS x3
B 0 m 2 x3
m NISen
m ISen
载流线圈的磁矩
【例题】无限长直导线被弯成如图所示形状，求O点的磁感应 强度。
2
I 4 R1
1
*o
5
R2
3
B1 B3 0
B4
0I
4R1
方向 ⊙
B 0I 0I 0I
1.实验归纳
I
r
I dl 电流元
q
P
dq
dE
rP
dE
1
4 0
dq r2
er
1 dq
E d E 40 r2 er
dB
的大小
d
B
I dl r2
d B 的方向与 I d l r 的方向相同
d
B
I
d l er r2
d B k I d l er r2
k 0 4
§8-1 恒定电流
一、电流 电流密度
1.电流
电流是电荷作定向运动形成的。 电荷的携带者叫载流子。由载流子形成的电流叫做传导 电流。
大学物理恒定电流的磁场
I
P
(1) 无限长直导线
方向：右螺旋法则
(2) 任意形状直导线
P
a
I
1
2
讨论
2.载流圆线圈的磁场
R
X
0
I
求轴线上一点P的磁感应强度
P
X
根据对称性
方向满足右手定则
I
.运动电荷的磁场
P
电流元内总电荷数
一个运动电荷产生的磁场
+
q
S
如图的导线，已知电荷线密度为，当绕O点以 转动时 解 线段1： O点的磁感应强度 例 求 线段2： 同理
02
载流矩形小线圈受的磁力矩
03
方向向右
安培力对运动载流导线的功 在有限过程中，磁力所作的功
在一元过程中，磁力矩所作的功
磁力矩对转动载流线圈的功 安培力所做的功等于电流强度乘以导线所扫过的磁通量
8.5.3 磁力的功
负号表示在转动过程中，磁力矩对载流线圈做负功
在一有限过程中，磁力矩所作的功
(1) 上述公式也适用于非均匀磁场。
I
磁现象(3) 磁体电流
I
I
磁现象(4) 电流电流
I1
I2
现象：
磁体
磁体
电流
电流
本质：
运动电荷
磁场
运动电荷
磁场的性质
(1) 对运动电荷(或电流)有力的作用;
(2) 磁场有能量
2. 磁感应强度
描述静电场
描述恒定磁场
引入电流元模型
引入试验电荷q0
实验结果确定
(1)
(2)
定义：磁感应强度的方向
当
时
定义：磁感应强度的大小
大学物理第八章课后习题答案
第八章电磁感应电磁场8 －1一根无限长平行直导线载有电流I，一矩形线圈位于导线平面内沿垂直于载流导线方向以恒定速率运动（如图所示），则（）（A）线圈中无感应电流（B）线圈中感应电流为顺时针方向（C）线圈中感应电流为逆时针方向（D）线圈中感应电流方向无法确定分析与解由右手定则可以判断，在矩形线圈附近磁场垂直纸面朝里，磁场是非均匀场，距离长直载流导线越远，磁场越弱．因而当矩形线圈朝下运动时，在线圈中产生感应电流，感应电流方向由法拉第电磁感应定律可以判定．因而正确答案为（B）．8 －2将形状完全相同的铜环和木环静止放置在交变磁场中，并假设通过两环面的磁通量随时间的变化率相等，不计自感时则（）（A）铜环中有感应电流，木环中无感应电流（B）铜环中有感应电流，木环中有感应电流（C）铜环中感应电动势大，木环中感应电动势小（D）铜环中感应电动势小，木环中感应电动势大分析与解根据法拉第电磁感应定律，铜环、木环中的感应电场大小相等，但在木环中不会形成电流．因而正确答案为（A）．8 －3 有两个线圈，线圈1 对线圈2 的互感系数为M 21 ，而线圈2 对线圈1的互感系数为M 12 ．若它们分别流过i 1 和i 2 的变化电流且t i t i d d d d 21<，并设由i 2变化在线圈1 中产生的互感电动势为ε12 ，由i 1 变化在线圈2 中产生的互感电动势为ε21 ，下述论断正确的是（ ）．（A ）2112M M = ，1221εε=（B ）2112M M ≠ ，1221εε≠（C ）2112M M =， 1221εε<（D ）2112M M = ，1221εε<分析与解 教材中已经证明M21 ＝M12 ，电磁感应定律t i M εd d 12121=；ti M εd d 21212=．因而正确答案为（D ）． 8 －4 对位移电流，下述四种说法中哪一种说法是正确的是（ ）（A ） 位移电流的实质是变化的电场（B ） 位移电流和传导电流一样是定向运动的电荷（C ） 位移电流服从传导电流遵循的所有定律（D ） 位移电流的磁效应不服从安培环路定理分析与解 位移电流的实质是变化的电场．变化的电场激发磁场，在这一点位移电流等效于传导电流，但是位移电流不是走向运动的电荷，也就不服从焦耳热效应、安培力等定律．因而正确答案为（A ）．8 －5 下列概念正确的是（ ）（A ） 感应电场是保守场（B ） 感应电场的电场线是一组闭合曲线（C ） LI Φm =，因而线圈的自感系数与回路的电流成反比（D ） LI Φm =，回路的磁通量越大，回路的自感系数也一定大分析与解 对照感应电场的性质，感应电场的电场线是一组闭合曲线．因而 正确答案为（B ）．8 －6 一铁心上绕有线圈100匝，已知铁心中磁通量与时间的关系为()Wb π100sin 100.85t Φ⨯=，求在s 100.12-⨯=t 时，线圈中的感应电动势．分析 由于线圈有N 匝相同回路，线圈中的感应电动势等于各匝回路的感应电动势的代数和，在此情况下，法拉第电磁感应定律通常写成t ψt ΦN ξd d d d -=-=，其中ΦN ψ=称为磁链． 解 线圈中总的感应电动势()()t tΦNξπ100cos 51.2d d =-= 当s 100.12-⨯=t 时，V 51.2=ξ． 8 －7 有两根相距为d 的无限长平行直导线，它们通以大小相等流向相反的电流，且电流均以tI d d 的变化率增长．若有一边长为d 的正方形线圈与两导线处于同一平面内，如图所示．求线圈中的感应电动势．分析 本题仍可用法拉第电磁感应定律tΦξd d -=来求解．由于回路处在非均匀磁场中，磁通量就需用⎰⋅=S ΦS B d 来计算（其中B 为两无限长直电流单独存在时产生的磁感强度B 1 与B 2 之和）．为了积分的需要，建立如图所示的坐标系．由于B 仅与x 有关，即()B B x =，故取一个平行于长直导线的宽为ｄx 、长为d 的面元ｄS ，如图中阴影部分所示，则x d S d d =，所以，总磁通量可通过线积分求得（若取面元y x S d d d =，则上述积分实际上为二重积分）．本题在工程技术中又称为互感现象，也可用公式tl ME M d d -=求解． 解1 穿过面元ｄS 的磁通量为 ()x d xI μx d d x I μΦd π2d π2d d d d 0021-+=⋅+⋅=⋅=S B S B S B 因此穿过线圈的磁通量为 ()43ln π2d π2d π2d 02020Id μx x Id μx d x Id μΦΦd d dd =-+==⎰⎰⎰ 再由法拉第电磁感应定律，有tI d μt ΦE d d 43ln π2d d 0⎪⎭⎫ ⎝⎛=-= 解2 当两长直导线有电流I 通过时，穿过线圈的磁通量为43ln π20dI μΦ=线圈与两长直导线间的互感为 43ln π20d μI ΦM ==当电流以tl d d 变化时，线圈中的互感电动势为 tI d μt I M E d d 43ln π2d d 0⎪⎭⎫ ⎝⎛=-= 试想：如线圈又以速率v 沿水平向右运动，如何用法拉第电磁感应定律求图示位置的电动势呢？此时线圈中既有动生电动势，又有感生电动势．设时刻t ，线圈左端距右侧直导线的距离为ξ，则穿过回路的磁通量()ξf ΦS ,1d =⋅=⎰S B ，它表现为变量I 和ξ的二元函数，将Φ代入tΦE d d -= 即可求解，求解时应按复合函数求导，注意，其中v =tξd d ，再令ξ＝d 即可求得图示位置处回路中的总电动势．最终结果为两项，其中一项为动生电动势，另一项为感生电动势．8 －8 有一测量磁感强度的线圈，其截面积S ＝4.0 cm 2 、匝数N ＝160 匝、电阻R ＝50Ω．线圈与一内阻R i ＝30Ω的冲击电流计相连．若开始时，线圈的平面与均匀磁场的磁感强度B 相垂直，然后线圈的平面很快地转到与B 的方向平行．此时从冲击电流计中测得电荷值54.010C q -=⨯．问此均匀磁场的磁感强度B 的值为多少？分析 在电磁感应现象中，闭合回路中的感应电动势和感应电流与磁通量变化的快慢有关，而在一段时间内，通过导体截面的感应电量只与磁通量变化的大小有关，与磁通量变化的快慢无关．工程中常通过感应电量的测定来确定磁场的强弱．解 在线圈转过90°角时，通过线圈平面磁通量的变化量为 NBS NBS ΦΦΦ=-=-=0Δ12 因此，流过导体截面的电量为ii R R NBS R R Φq +=+=Δ 则 ()T 050.0=+=NSR R q B i 8 －9 如图所示，一长直导线中通有I ＝5.0 A 的电流，在距导线9.0 cm 处，放一面积为0.10 cm 2 ，10 匝的小圆线圈，线圈中的磁场可看作是均匀的．今在1.0 ×10－2 s 内把此线圈移至距长直导线10.0 cm 处．求：（1） 线圈中平均感应电动势；（2） 设线圈的电阻为1.0×10－2Ω，求通过线圈横截面的感应电荷．分析 虽然线圈处于非均匀磁场中，但由于线圈的面积很小，可近似认为穿过线圈平面的磁场是均匀的，因而可近似用NBS ψ=来计算线圈在始、末两个位置的磁链．解 （1） 在始、末状态，通过线圈的磁链分别为1011π2r IS μN S NB ψ==,2022π2r IS μN S NB ψ== 则线圈中的平均感应电动势为V 1011.111πΔ2ΔΔ8210-⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-==r r t IS μN t ΦE 电动势的指向为顺时针方向．（2） 通过线圈导线横截面的感应电荷为tΦE d d -= 8 －10 如图（ａ）所示，把一半径为R 的半圆形导线OP 置于磁感强度为B 的均匀磁场中，当导线以速率v 水平向右平动时，求导线中感应电动势E 的大小，哪一端电势较高？分析 本题及后面几题中的电动势均为动生电动势，除仍可由t ΦE d d -=求解外（必须设法构造一个闭合回路），还可直接用公式()l B d ⋅⨯=⎰l E v 求解．在用后一种方法求解时，应注意导体上任一导线元ｄl 上的动生电动势()l B d d ⋅⨯=v E .在一般情况下，上述各量可能是ｄl 所在位置的函数．矢量（v ×B ）的方向就是导线中电势升高的方向．解1 如图（ｂ）所示，假想半圆形导线OP 在宽为2R 的静止形导轨上滑动，两者之间形成一个闭合回路．设顺时针方向为回路正向，任一时刻端点O 或端点P 距 形导轨左侧距离为x ，则B R Rx Φ⎪⎭⎫ ⎝⎛+=2π212 即B R tx RB t ΦE v 2d d 2d d -=-=-= 由于静止的 形导轨上的电动势为零，则E ＝－2RvB ．式中负号表示电动势的方向为逆时针，对OP 段来说端点P 的电势较高．解2 建立如图（c ）所示的坐标系，在导体上任意处取导体元ｄl ，则()θR θB l θB E o d cos d cos 90sin d d v v ==⋅⨯=l B vB R θθBR E v v 2d cos d E π/2π/2===⎰⎰- 由矢量（v ×B ）的指向可知，端点P 的电势较高．解3 连接OP 使导线构成一个闭合回路．由于磁场是均匀的，在任意时刻，穿过回路的磁通量==BS Φ常数.由法拉第电磁感应定律t ΦE d d -=可知，E ＝0又因 E ＝E OP ＋E PO即 E OP ＝－E PO ＝2RvB由上述结果可知，在均匀磁场中，任意闭合导体回路平动所产生的动生电动势为零；而任意曲线形导体上的动生电动势就等于其两端所连直线形导体上的动生电动势．上述求解方法是叠加思想的逆运用，即补偿的方法．8 －11 长为L 的铜棒，以距端点r 处为支点，以角速率ω绕通过支点且垂直于铜棒的轴转动.设磁感强度为B 的均匀磁场与轴平行，求棒两端的电势差．分析 应该注意棒两端的电势差与棒上的动生电动势是两个不同的概念，如同电源的端电压与电源电动势的不同．在开路时，两者大小相等，方向相反（电动势的方向是电势升高的方向，而电势差的正方向是电势降落的方向）．本题可直接用积分法求解棒上的电动势，亦可以将整个棒的电动势看作是O A 棒与O B 棒上电动势的代数和，如图（ｂ）所示．而E O A 和E O B 则可以直接利用第８ －2 节例1 给出的结果．解1 如图（ａ）所示，在棒上距点O 为l 处取导体元ｄl ，则()()r L lB ωl lB ωE L-r r AB AB 221d d --=-=⋅⨯=⎰⎰-l B v 因此棒两端的电势差为()r L lB ωE U AB AB 221--== 当L ＞2r 时，端点A 处的电势较高解2 将AB 棒上的电动势看作是O A 棒和O B 棒上电动势的代数和，如图（ｂ）所示．其中221r ωB E OA =,()221r L B ωE OB -= 则 ()r L BL ωE E E OB OA AB 221--=-= 8 －12 如图所示，长为L 的导体棒OP ，处于均匀磁场中，并绕OO ′轴以角速度ω旋转，棒与转轴间夹角恒为θ，磁感强度B 与转轴平行．求OP 棒在图示位置处的电动势．分析 如前所述，本题既可以用法拉第电磁感应定律tΦE d d -= 计算（此时必须构造一个包含OP 导体在内的闭合回路， 如直角三角形导体回路OPQO ），也可用()l B d ⋅⨯=⎰lE v 来计算．由于对称性，导体OP 旋转至任何位置时产生的电动势与图示位置是相同的．解1 由上分析，得()l B d ⋅⨯=⎰OP OP E v l αB l o d cos 90sin ⎰=v()()l θB θωl o d 90cos sin ⎰-=l()⎰==L θL B ωl l θB ω022sin 21d sin 由矢量B ⨯v 的方向可知端点P 的电势较高．解2 设想导体OP 为直角三角形导体回路OPQO 中的一部分，任一时刻穿 过回路的磁通量Φ为零，则回路的总电动势QO PQ OP E E E t ΦE ++==-=0d d 显然，E QO ＝0，所以 ()221PQ B ωE E E QO PQ OP ==-= 由上可知，导体棒OP 旋转时，在单位时间内切割的磁感线数与导体棒QP 等效．后者是垂直切割的情况．8 －13 如图（ａ）所示，金属杆AB 以匀速12.0m s -=⋅v 平行于一长直导线移动，此导线通有电流I ＝40A ．求杆中的感应电动势，杆的哪一端电势较高？分析 本题可用两种方法求解．（1） 用公式()l B d ⋅⨯=⎰lE v 求解，建立图（a ）所示的坐标系，所取导体元x l d d =，该处的磁感强度xI μB π20=．（2） 用法拉第电磁感应定律求解，需构造一个包含杆AB 在内的闭合回路．为此可设想杆AB 在一个静止的形导轨上滑动，如图（ｂ）所示．设时刻t ，杆AB距导轨下端CD 的距离为y ，先用公式⎰⋅=S ΦS B d 求得穿过该回路的磁通量，再代入公式tΦE d d -=，即可求得回路的电动势，亦即本题杆中的电动势． 解1 根据分析，杆中的感应电动势为()V 1084.311ln 2πd 2πd d 50m 1.1m 1.00-⨯-=-=-==⋅⨯=⎰⎰v v v I μx x μxl E AB AB l B 式中负号表示电动势方向由B 指向A ，故点A 电势较高．解2 设顺时针方向为回路ABCD 的正向，根据分析，在距直导线x 处，取宽为ｄx 、长为y 的面元ｄS ，则穿过面元的磁通量为x y xI μΦd 2πd d 0=⋅=S B 穿过回路的磁通量为 11ln 2πd 2πd 0m1.1m 1.00⎰⎰-===S Iy μx y x I μΦΦ 回路的电动势为V 1084.32πd d 11ln 2πd d 500-⨯-=-=-=-=Iy μt y x I μt ΦE 由于静止的形导轨上电动势为零，所以V 1084.35-⨯-==E E AB 式中负号说明回路电动势方向为逆时针，对AB 导体来说，电动势方向应由B 指向A ，故点A 电势较高．8 －14 如图（ａ）所示，在“无限长”直载流导线的近旁，放置一个矩形导体线框，该线框在垂直于导线方向上以匀速率v 向右移动，求在图示位置处，线框中感应电动势的大小和方向．分析 本题亦可用两种方法求解．其中应注意下列两点：1．当闭合导体线框在磁场中运动时，线框中的总电动势就等于框上各段导体中的动生电动势的代数和．如图（ａ）所示，导体eh 段和fg 段上的电动势为零［此两段导体上处处满足()0l B =⋅⨯d v ］，因而线框中的总电动势为()()()()hg ef hgef gh ef E E E -=⋅⨯-⋅⨯=⋅⨯+⋅⨯=⎰⎰⎰⎰l B l B l B l B d d d d v v v v 其等效电路如图（ｂ）所示．2．用公式tΦE d d -=求解，式中Φ是线框运动至任意位置处时，穿过线框的磁通量．为此设时刻t 时，线框左边距导线的距离为ξ，如图（c ）所示，显然ξ是时间t 的函数，且有v =tξd d ．在求得线框在任意位置处的电动势E （ξ）后，再令ξ＝d ，即可得线框在题目所给位置处的电动势．解1 根据分析，线框中的电动势为hg ef E E E -=()()⎰⎰⋅⨯-⋅⨯=hgef l B l B d d v v ()⎰⎰+-=2201000d 2πd 2πl l l l d I μl d I μv v ()1202πl d I I μ+=1vI 由E ef ＞E hg 可知，线框中的电动势方向为efgh ．解2 设顺时针方向为线框回路的正向．根据分析，在任意位置处，穿过线框的磁通量为()()ξl ξξx Il μdx ξx Il μΦl 120020ln π2π21++=+=⎰相应电动势为 ()()1120π2d d l ξξl l I μt ΦξE +=-=v 令ξ＝d ，得线框在图示位置处的电动势为 ()1120π2l d d l l I μE +=v 由E ＞0 可知，线框中电动势方向为顺时针方向．*8 －15 有一长为l ，宽为b 的矩形导线框架，其质量为m ，电阻为R ．在t ＝0时，框架从距水平面y ＝0 的上方h 处由静止自由下落，如图所示．磁场的分布为：在y ＝0 的水平面上方没有磁场；在y ＝0 的水平面下方有磁感强度为B 的均匀磁场，B 的方向垂直纸面向里．已知框架在时刻t 1 和t 2 的位置如图中所示．求在下述时间内，框架的速度与时间的关系：（1） t 1 ≥t ＞0，即框架进入磁场前；（2） t 2 ≥t ≥t 1 ，即框架进入磁场， 但尚未全部进入磁场；（3）t ＞t 2 ，即框架全部进入磁场后．分析 设线框刚进入磁场（t 1 时刻）和全部进入磁场（t 2 时刻）的瞬间，其速度分别为v 10 和v 20 ．在情况（1）和（3）中，线框中无感应电流，线框仅在重力作用下作落体运动，其速度与时间的关系分别为v ＝gt （t ＜t 1）和v ＝v 20 ＋g （t －t 2 ）（t ＞t 2 ）．而在t 1＜t ＜t 2这段时间内，线框运动较为复杂，由于穿过线框回路的磁通量变化，使得回路中有感应电流存在，从而使线框除受重力外，还受到一个向上的安培力F A ，其大小与速度有关，即()A A F F =v ．根据牛顿运动定律，此时线框的运动微分方程为()tv v d d mF mg A =-，解此微分方程可得t 1＜t ＜t 2 时间内线框的速度与时间的关系式． 解 （1） 根据分析，在1t t ≤时间内，线框为自由落体运动，于是()11t t gt ≤=v 其中1t t =时，gh 2101==v v（2） 线框进入磁场后，受到向上的安培力为v Rl B IlB F A 22==根据牛顿运动定律，可得线框运动的微分方程tv m v d d 22=-R l B mg 令mRl B K 22=，整理上式并分离变量积分，有 ⎰⎰=-t t t g 110d d v v Kv v 积分后将gh 210=v 代入，可得 ()()[]1212t t K e gh K g g K ----=v （3） 线框全部进入磁场后（t ＞t 2），作初速为v 20 的落体运动，故有()()()[]()222031221t t g e gh K g g Kt t g t t K -+--=-+=--v v 8 －16 有一磁感强度为B 的均匀磁场，以恒定的变化率t d d B 在变化．把一块质量为m 的铜，拉成截面半径为r 的导线，并用它做成一个半径为R 的圆形回路．圆形回路的平面与磁感强度B 垂直．试证：这回路中的感应电流为 td d π4B d ρm I = 式中ρ 为铜的电阻率，d 为铜的密度． 解 圆形回路导线长为πR 2，导线截面积为2πr ，其电阻R ′为22rR ρS l ρR ==' 在均匀磁场中，穿过该回路的磁通量为BS Φ=，由法拉第电磁感应定律可得回路中的感应电流为tt t d d 2πd d π1d d 122B ρRr B R R ΦR R E I ='='='= 而2ππ2r R d m =，即dm Rr π2π2=，代入上式可得t d d π4B d ρm I = 8 －17 半径为R ＝2.0 cm 的无限长直载流密绕螺线管，管内磁场可视为均匀磁场，管外磁场可近似看作零．若通电电流均匀变化，使得磁感强度B 随时间的变化率td d B 为常量，且为正值，试求：（1） 管内外由磁场变化激发的感生电场分布；（2） 如1s T 010.0d d -⋅=tB ，求距螺线管中心轴r ＝5．0 cm 处感生电场的大小和方向．分析 变化磁场可以在空间激发感生电场，感生电场的空间分布与场源———变化的磁场（包括磁场的空间分布以及磁场的变化率t d d B 等）密切相关，即S B l E d d ⋅∂∂-=⎰⎰S S k t.在一般情况下，求解感生电场的分布是困难的．但对于本题这种特殊情况，则可以利用场的对称性进行求解．可以设想，无限长直螺线管内磁场具有柱对称性，其横截面的磁场分布如图所示．由其激发的感生电场也一定有相应的对称性，考虑到感生电场的电场线为闭合曲线，因而本题中感生电场的电场线一定是一系列以螺线管中心轴为圆心的同心圆．同一圆周上各点的电场强度E k 的大小相等，方向沿圆周的切线方向．图中虚线表示r ＜R 和r ＞R 两个区域的电场线．电场线绕向取决于磁场的变化情况，由楞次定律可知，当0d d <t B 时，电场线绕向与B 方向满足右螺旋关系；当0d d >tB 时，电场线绕向与前者相反． 解 如图所示，分别在r ＜R 和r ＞R 的两个区域内任取一电场线为闭合回路l （半径为r 的圆），依照右手定则，不妨设顺时针方向为回路正向．（1） r ＜R ， tB r t r E E k l k d d πd d d π2d 2-=⋅-=⋅=⋅=⎰⎰S B l E tB r E k d d 2-= r ＞R ， tB R t r E E k l k d d πd d d π2d 2-=⋅-=⋅=⋅=⎰⎰S B l E tB r R E k d d 22-= 由于0d d >tB ，故电场线的绕向为逆时针． （2） 由于r ＞R ，所求点在螺线管外，因此tB r R E k d d 22-= 将r 、R 、tB d d 的数值代入，可得15m V 100.4--⋅⨯-=k E ，式中负号表示E k 的方向是逆时针的．8 －18 在半径为R 的圆柱形空间中存在着均匀磁场，B 的方向与柱的轴线平行．如图（ａ）所示，有一长为l 的金属棒放在磁场中，设B 随时间的变化率tB d d 为常量．试证：棒上感应电动势的大小为分析 变化磁场在其周围激发感生电场，把导体置于感生电场中，导体中的自由电子就会在电场力的作用下移动，在棒内两端形成正负电荷的积累，从而产生感生电动势．由于本题的感生电场分布与上题所述情况完全相同，故可利用上题结果，由⎰⋅=l k E l E d 计算棒上感生电动势．此外，还可连接OP 、OQ ，设想PQOP 构成一个闭合导体回路，用法拉第电磁感应定律求解，由于OP 、OQ 沿半径方向，与通过该处的感生电场强度E k 处处垂直，故0d =⋅l E k ，OP 、OQ 两段均无电动势，这样，由法拉第电磁感应定律求出的闭合回路的总电动势，就是导体棒PQ 上的电动势．证1 由法拉第电磁感应定律，有22Δ22d d d d d d ⎪⎭⎫ ⎝⎛-==-==l R l t B t B S t ΦE E PQ 证2 由题８ －17可知，在r ＜R 区域，感生电场强度的大小t B r E k d d 2= 设PQ 上线元ｄx 处，E k 的方向如图（b ）所示，则金属杆PQ 上的电动势为()()222202/2d d d 2/d d 2d cos d l R l t B x r l R t B r x θE E l k k PQ -=-==⋅=⎰⎰x E 讨论 假如金属棒PQ 有一段在圆外，则圆外一段导体上有无电动势？ 该如何求解？8 －19 截面积为长方形的环形均匀密绕螺绕环，其尺寸如图（ａ）所示，共有N 匝（图中仅画出少量几匝），求该螺绕环的自感L ．分析 如同电容一样，自感和互感都是与回路系统自身性质（如形状、匝数、介质等）有关的量．求自感L 的方法有两种：1．设有电流I 通过线圈，计算磁场穿过自身回路的总磁通量，再用公式IΦL =计算L ．2．让回路中通以变化率已知的电流，测出回路中的感应电动势E L ，由公式t I E L L d /d =计算L ．式中E L 和tI d d 都较容易通过实验测定，所以此方法一般适合于工程中．此外，还可通过计算能量的方法求解．解 用方法1 求解，设有电流I 通过线圈，线圈回路呈长方形，如图（ｂ）所示，由安培环路定理可求得在R 1 ＜r ＜R 2 范围内的磁场分布为 x NI μB π20= 由于线圈由N 匝相同的回路构成，所以穿过自身回路的磁链为12200ln π2d π2d 21R R hI N μx h x NI μN N ψS R R ==⋅=⎰⎰S B 则1220ln π2R R h N μI ψL = 若管中充满均匀同种磁介质，其相对磁导率为μr ，则自感将增大μr 倍． 8 －20 如图所示，螺线管的管心是两个套在一起的同轴圆柱体，其截面积分别为S 1 和S 2 ，磁导率分别为μ1 和μ2 ，管长为l ，匝数为N ，求螺线管的自感．（设管的截面很小）分析 本题求解时应注意磁介质的存在对磁场的影响．在无介质时，通电螺线管内的磁场是均匀的，磁感强度为B 0 ，由于磁介质的存在，在不同磁介质中磁感强度分别为μ1 B 0 和μ2 B 0 ．通过线圈横截面的总磁通量是截面积分别为S 1 和S 2 的两部分磁通量之和．由自感的定义可解得结果．解 设有电流I 通过螺线管，则管中两介质中磁感强度分别为I L N μnl μB 111==,I LN μnl μB 222== 通过N 匝回路的磁链为 221121S NB S NB ΨΨΨ+=+=则自感2211221S μS μlN I ψL L L +==+= 8 －21 有两根半径均为a 的平行长直导线，它们中心距离为d ．试求长为l的一对导线的自感（导线内部的磁通量可略去不计）．分析 两平行长直导线可以看成无限长但宽为d 的矩形回路的一部分．设在矩形回路中通有逆时针方向电流I ，然后计算图中阴影部分（宽为d 、长为l ）的磁通量．该区域内磁场可以看成两无限长直载流导线分别在该区域产生的磁场的叠加．解 在如图所示的坐标中，当两导线中通有图示的电流I 时，两平行导线间的磁感强度为()r d I μr I μB -+=π2π200 穿过图中阴影部分的磁通量为a a d l μr Bl ΦS a d a -==⋅=⎰⎰-ln πd d 0S B 则长为l 的一对导线的自感为aa d l μI ΦL -==ln π0 如导线内部磁通量不能忽略，则一对导线的自感为212L L L +=．L 1 称为外自感，即本题已求出的L ，L 2 称为一根导线的内自感．长为l 的导线的内自感8π02l μL =，有兴趣的读者可自行求解． 8 －22 如图所示，在一柱形纸筒上绕有两组相同线圈AB 和A ′B ′，每个线圈的自感均为L ，求：（1） A 和A ′相接时，B 和B ′间的自感L 1 ；（2） A ′和B 相接时，A 和B ′间的自感L 2 ．分析 无论线圈AB 和A ′B ′作哪种方式连接，均可看成一个大线圈回路的两个部分，故仍可从自感系数的定义出发求解．求解过程中可利用磁通量叠加的方法，如每一组载流线圈单独存在时穿过自身回路的磁通量为Φ，则穿过两线圈回路的磁通量为2Φ；而当两组线圈按（1）或（2）方式连接后，则穿过大线圈回路的总磁通量为2Φ±2Φ，“ ±”取决于电流在两组线圈中的流向是相同或是相反．解 （1） 当A 和A ′连接时，AB 和A ′B ′线圈中电流流向相反，通过回路的磁通量亦相反，故总通量为0221=-=ΦΦΦ，故L 1 ＝0．（2） 当A ′和B 连接时，AB 和A ′B ′线圈中电流流向相同，通过回路的磁通量亦相同，故总通量为ΦΦΦΦ4222=+=， 故L I ΦI ΦL 4422===． 本题结果在工程实际中有实用意义，如按题（1）方式连接，则可构造出一个无自感的线圈．8 －23 如图所示，一面积为4.0 cm 2 共50 匝的小圆形线圈A ，放在半径为20 cm 共100 匝的大圆形线圈B 的正中央，此两线圈同心且同平面．设线圈A 内各点的磁感强度可看作是相同的．求：（1） 两线圈的互感；（2） 当线圈B 中电流的变化率为－50 A ·ｓ－1 时，线圈A 中感应电动势的大小和方向．分析 设回路Ⅰ中通有电流I 1 ，穿过回路Ⅱ的磁通量为Φ21 ，则互感M ＝M 21 ＝Φ21I 1 ；也可设回路Ⅱ通有电流I 2 ，穿过回路Ⅰ的磁通量为Φ12 ，则21212I ΦM M == ． 虽然两种途径所得结果相同，但在很多情况下，不同途径所涉及的计算难易程度会有很大的不同．以本题为例，如设线圈B 中有电流I 通过，则在线圈A 中心处的磁感强度很易求得，由于线圈A 很小，其所在处的磁场可视为均匀的，因而穿过线圈A 的磁通量Φ≈BS ．反之，如设线圈A 通有电流I ，其周围的磁场分布是变化的，且难以计算，因而穿过线圈B 的磁通量也就很难求得，由此可见，计算互感一定要善于选择方便的途径．解 （1） 设线圈B 有电流I 通过，它在圆心处产生的磁感强度R I μN B B 200=穿过小线圈A 的磁链近似为 A B A A A A S RI μN N S B N ψ200== 则两线圈的互感为H 1028.6260-⨯===R S μN N I ψM A B A A （2）V 1014.3d d 4-⨯=-=tI M E A 互感电动势的方向和线圈B 中的电流方向相同．8 －24 如图所示，两同轴单匝线圈A 、C 的半径分别为R 和r ，两线圈相距为d ．若r 很小，可认为线圈A 在线圈C 处所产生的磁场是均匀的．求两线圈的互感．若线圈C 的匝数为N 匝，则互感又为多少？解 设线圈A 中有电流I 通过，它在线圈C 所包围的平面内各点产生的磁 感强度近似为()2/322202d R IR μB +=穿过线圈C 的磁通为 ()22/32220π2r d R IR μBS ψC +==则两线圈的互感为 ()2/3222202πd R R r μI ψM +== 若线圈C 的匝数为N 匝，则互感为上述值的N 倍．8 －25 如图所示，螺绕环A 中充满了铁磁质，管的截面积S 为2.0 cm 2 ，沿环每厘米绕有100 匝线圈，通有电流I 1 ＝4.0 ×10 －2 A ，在环上再绕一线圈C ，共10 匝，其电阻为0.10 Ω，今将开关Ｓ 突然开启，测得线圈C 中的感应电荷为2.0 ×10 －3 C ．求：当螺绕环中通有电流I 1 时，铁磁质中的B 和铁磁质的相对磁导率μr ．分析 本题与题８ －８ 相似，均是利用冲击电流计测量电磁感应现象中通过回路的电荷的方法来计算磁场的磁感强度．线圈C 的磁通变化是与环形螺线管中的电流变化相联系的．解 当螺绕环中通以电流I 1 时，在环内产生的磁感强度110I n μμB r =则通过线圈C 的磁链为S I n μμN BS N ψr c 11022==设断开电源过程中，通过C 的感应电荷为q C ，则有()RS I n μμN ψR ψR qc r c c 110201Δ1=--=-= 由此得 T 10.02110===S N Rqc I n μμB r 相对磁导率1991102==I n μS N Rqc μr 8 －26 一个直径为0.01 m ，长为0.10 m 的长直密绕螺线管，共1 000 匝线圈，总电阻为7.76 Ω．求：（1） 如把线圈接到电动势E ＝2.0 V 的电池上，电流稳定后，线圈中所储存的磁能有多少？ 磁能密度是多少？*（2） 从接通电路时算起，要使线圈储存磁能为最大储存磁能的一半，需经过多少时间？分析 单一载流回路所具有的磁能，通常可用两种方法计算：（1） 如回路自感为L （已知或很容易求得），则该回路通有电流I 时所储存的磁能221LI W m =，通常称为自感磁能．（2） 由于载流回路可在空间激发磁场，磁能实际是储存于磁场之中，因而载流回路所具有的能量又可看作磁场能量，即V w W V m m d ⎰=，式中m w 为磁场能量密度，积分遍及磁场存在的空间．由于μB w m 22=，因而采用这种方法时应首先求载流回路在空间产生的磁感强度B 的分布．上述两种方法还为我们提供了计算自感的另一种途径，。
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第8章《恒定电流的磁场》复习思考题一 填空题：1. 一根长直载流导线，通过的电流为2A ，在距离其2mm 处的磁感应强度为 。
（70104-⨯=πμTm/A ）答：4102-⨯T2. 一根直载流导线，导线长度为100mm ，通过的电流为5A ，在与导线垂直、距离其中点的50mm 处的磁感应强度为 。
（70104-⨯=πμTm/A ） 答：5102-⨯T3. 一根载流圆弧导线，半径1m ，弧所对圆心角6π，通过的电流为10A ，在圆心处的磁感应强度为 。
（70104-⨯=πμTm/A ） 答：6106-⨯πT4. 两平行载流导线，导线上的电流为I ,方向相反，两导线之间的距离a ，则在与两导线同平面且与两导线距离相等的点上的磁感应强度大小为 。
答：aI πμ02 5. 两平行载流导线，导线上的电流为I ,方向相反，两导线之间的距离a ，则在与两导线同平面且与其中一导线距离为b 的、两导线之间的点上的磁感应强度大小为 。
答：)(2200b a I b I -+πμπμ 6．在真空中有一根半径为R 的半圆形细导线，流过的电流为I ，则圆心处的磁感应强度大小为 。
答案：R I40μ7. 一磁场的磁感应强度为k c j b i a B ++=，则通过一半径为R ，开口向Z 方向的半球壳，表面的磁通量大小为 Wb答案：c R 2π8. 一根很长的圆形螺线管，沿圆周方向的面电流密度为i ，在线圈内部的磁感应强度为 。
答案：i 0μ8. 半径为R 的闭合球面包围一个条形磁铁的一端，此条形磁铁端部的磁感应强度B ，则通过此球面的磁通量 。
答案：09. 一无限长直圆筒，半径为R ，表面带有一层均匀电荷，面密度为σ，以匀角速度ω绕轴转动，在圆筒内的磁感应强度大小为 。
答案： σωμR 010. 一根很长的螺线管，总电阻20欧姆，两端连接在12V 的电源上，线圈半径2cm ，线圈匝数200匝/厘米，在线圈内部距离轴线0.01m 处的磁场强度为 。
答案：3108.4-⨯π T二 单项选择题：1. 两条长导线相互平行放置于真空中，如图所示，两条导线的电流为I I I ==21，两条导线到P 点的距离都是a ，P 点的磁感应强度为（A ）0 （B ）aI πμ220 （C ）a I πμ02 （D ） a I πμ0 [ B ]2. 两条长导线相互平行放置于真空中，如图所示，两条导线的电流为I I I ==21，两条导线到P 点的距离都是a ，P 点的磁感应强度方向（A ）竖直向上 （B ）竖直向下 （C ）水平向右 （D ） 水平向左[ ]答案：D3.在地球北半球的某区域，磁感应强度的大小为5104-⨯T ，方向与铅直线成60度角。
则穿过面积为1平方米的水平平面的磁通量（A ）0 （B ）5104-⨯Wb （C ）5102-⨯Wb （D ）51046.3-⨯Wb[ ]答案：（C ）4. 均匀磁场的磁感应强度B 垂直于半径为R 的圆面，今以圆周为边线，作一半球面S ，则通过S 面的磁通量的大小为（A ）B R 22π （B ）B R 2π （C ）0 （D ）无法确定[ ]答案：（B ）5. 一载有电流I 的导线分别均匀密绕在半径为R 和r 的长直圆筒上形成两个螺线管（R=2r ），两螺线管单位长度上的匝数相等，两螺线管中的磁感应强度大小B R 和B r 应满足（A ）B R =2B r （B ）B R =B r （C ）2B R =B r （D ）B R =4B r [ ]答案：（B ）6. 若使半径为4⨯103-m 的裸铜线表面的磁感强度为5100.7-⨯T ，则铜线中需要通过的电流为 （A ）0.14 A （B ）1.4 A （C ）2.8 A （D ）14 A [ ]答案：B7. 下列可用环路定理求磁感应强度的是（A ）有限长载流直导体 （B ）圆电流（C ）有限长载流螺线管 （D ）无限长螺线管 [ ]答案：(D)8. 一个载流直螺线管，直径0.2m ，长度0.2m ，线圈两端加36V 电压，线圈匝数1000，线圈电阻100欧姆，在螺线管一端轴线中点上的磁感应强度为 。
（70104-⨯=πμTm/A ） 答：510218-⨯πT9.在地球北半球的某区域，磁感应强度的大小为5104-⨯T ，方向与铅直线成60度角。
则穿过面积为1平方米的水平平面的磁通量（A ）0 （B ）5104-⨯Wb （C ）5102-⨯Wb （D ）51046.3-⨯Wb答案：（C ）10一载有电流I 的导线分别均匀密绕在半径为R 和r 的长直圆筒上形成两个螺线管（R=2r ），两螺线管单位长度上的匝数相等，两螺线管中的磁感应强度大小B R 和B r 应满足[ ]（A ）B R =2B r （B ）B R =B r （C ）2B R =B r （D ）B R =4B r答案：（B ）11.无限长直圆柱体，半径为R ，沿轴向均匀流有电流。
设圆柱体内（r<R ）的磁感强度为Bi,圆柱体外（r>R ）的磁感强度为Be,则有 [ ]（A ）Bi 、Be 均与r 成正比 （B ）Bi 、Be 均与r 成反比（C ）Bi 与r 成反比，Be 与r 成正比 （D ）Bi 与r 成正比，Be 与r 成反比答案：（D ）三 判断题：1. 一条载流长直导线，在导线上的任何一点，由导线上的电流所产生的磁场强度为零。
（√）2.根据毕-萨定律分析，在均匀、线性、各向同性介质中，一段有限长载流直导线周围空间的磁场分布具有对称性，磁感应强度线是一些以轴线为中心的同心圆。
（ √ ）3. 一段电流元l Id 所产生的磁场的方向并不总是与l Id 垂直。
（ × ）4. 在电子仪器中，为了减弱与电源相连的两条导线所产生的磁场，通常总是把它们扭在一起。
（√ ）5. 对于一个载流长直螺线管，两端的磁感应强度大小是中间的一半。
（√ ）6．载流导线所产生的磁场与地磁场之间，由于性质不同，不可以进行磁场的叠加。
（×）7. 载流导线所产生的磁场与永磁体所产生的磁场具有不同的性质，所以在计算合磁场时，并不是总能进行叠加计算。
（ × ）8. 只有电流分布具有某种对称性时，才可用安培环路定理求解磁场问题。
（ √ ）9. 对于载流螺线管内部，中部的磁感应线比两端的多。
（ √ ）10. 磁场的高斯定理表明，磁场是发散式的场。
（ × ）11. 通过磁场的高斯定理可以说明，磁感应线是无头无尾，恒是闭合的。
（ √ ）四 计算题：1. 一均匀带电长直圆柱体，电荷体密度为ρ，半径为R ，绕其轴线匀速转动，角速度为w 试求：（1）圆柱体内距轴线r 处的磁感强度（2）两端面中心处的磁感强度解 （1）体内均匀带电的长直圆柱体以角速度w 旋转时，等效为一个多层的同轴密绕螺线管。
在管外，r>R 处，B =0。
在管内距轴线r 处，作如图所示的积分回路，由安培环路定理得I dl ∆=⋅⎰0μB 而πρπ2)(22w l r R I ∆-=∆，代入得 )(21220r R w B -=ρμ 将r=0代入，得中心轴线的磁感强度2021R w B ρμ=（2）端面中心处的磁感强度为中心轴线处的一半，即2041R w B ρμ= 2.长空心柱形导体半径分别为1R 和2R ，导体内载有电流I ，设电流均匀分布在导体的横截面上。
求（1）导体内部各点的磁感应强度。
（2）导体内壁和外壁上各点的磁感应强度。
解：导体横截面的电流密度为)(2122R R I j -=π 在P 点作半径为r 的圆周，作为安培环路。
由⎰∑=⋅I l d B 0μ得 212221202120)()(2R R R r I R r j r B --=-=μπμπ即 )(2)(21222120R R r R r I B --=πμ 对于导体内壁，1R r =，所以 0=B对于导体外壁，2R r =，所以 202R I B πμ=3.一无限长的载流导线中部被弯成圆弧形，如图所示，圆弧形半径为3=R cm ，导线中的电流为2=I A 。
求圆弧形中心O 点的磁感应强度。
解：两根半无限长直电流在O 点的磁感应强度方向同为垂直图面向外，大小相等，以垂直图面向里为正向，叠加后得RI R I B πμπμ242001-=-=圆弧形导线在O 点产生的磁感应强度方向垂直图面向里，大小为R I R I B 83432002μμ==二者叠加后得T RI R I B B B 500121081.1283-⨯=-=+=πμμ 方向垂直图面向里。
4. 一根无限长导线弯成如图形状，设各线段都在同一平面内（纸面内），其中第二段是半径为R 的四分之一圆弧，其余为直线。
导线中通有电流I ，求图中O 点处的磁感强度。
解：将导线分成1、2、3、4四部分，各部分在O 点产生的磁感强度设为 4321,,,B B B B。
根据叠加原理，O 点的磁感强度为 4321B B B B B +++=因41B B 、 均为0，故 32B B B += ，)2/)(4/1(02R I B μ= 方向 ⊗)2/(2)4/2()sin )(sin 4/(001203R I R I a I B πμπμββπμ==-= 方向⊗ 其中2/R a = ，2/2)4/sin(sin 2==πβ ，2/2)4/sin(sin 1-=-=πβ )/14/1)(2/()2/()8/(000πμπμμ+=+=R I R I R I B 方向⊗。