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1、稳恒磁场习题课,一.本章主要内容回顾,1.磁通量,2.磁场的计算,1)毕奥-萨伐尔定理,2)电流产生磁场,微观叠加,场叠加,3)安培环路定理,4)运动电荷产生的磁场,3.磁场方程,1)磁场高斯定理,(稳恒磁场无源),2)安培环路定理,(稳恒磁场有旋),5.电磁相互作用,1)安培定律,2)磁场对载流导线的安培力,3)磁场对载流线圈的作用力矩,4.载流线圈的磁矩,4)磁场对运动电荷的洛仑兹力,5)磁力作功,6.霍耳电压,1. 直电流的磁场,无限长载流直导线,半无限长载流直导线,直导线延长线上,本章一些重要的结论,2. 圆电流轴线上某点的磁场,(1) 载流圆环圆心处的 圆心角,(2) 载流圆弧 圆心
2、角,3. 长直载流螺线管,5. 环行载流螺线管,4. 无限大载流导体薄板,板上下两侧为均匀磁场,电场、磁场中典型结论的比较,磁场没有保守性，它是 非保守场，或无势场,电场有保守性，它是 保守场，或有势场,电力线起于正电荷、 止于负电荷。 静电场是有源场,磁力线闭合、 无自由磁荷 磁场是无源场,磁偶极子,电偶极子,类 比,在轴延长线上某点,解:在abcd内任取一面积元dS=l1dx,在此面积元内磁感应强度可看作常量.,方向垂直于纸面向里,二.典型例题,例1. 一无限长直导线通有电流I,求通过矩形线框abcd(与直导线共面)的磁通量.,例2.真空中一无限长载流直导线LL在A点处折成直角,在LAL平
3、面内,求R、S两点出的磁感应强度的大小.,解:对于R点,LA的两端相对于R点所对应的,所以LA在R点的磁感应强度B1的大小为,AL 两端相对于R点所对应的,AL 在R点的磁感应强度大小为,故R点的磁感应强度大小为,对于S点: LA在S点产生的磁感应强度,LA 两端相对于S点所对应的,AL 两端相对于S点所对应的,AL在S点产生的磁感应强度,S点磁感应强度,例3.两根导线沿半径方向引到铁环上的A、B两点,并在很远处与电源相连,求环中心的磁感应强度.,解: O点的磁感应强度为1、2、3、4、5段载流导线在O点产生的磁感应强度的矢量和.,O点在3和4的延长线上,5离O点可看作无限远,故:,设1圆弧弧
4、长l1,2圆弧弧长l2,圆的周长为l,故,设为导线电阻率,S为截面积,R1、R2分别为1导线和2导线的电阻,显然I1R1=I2R2=VAB ,因此 B0=0,一根外半径为R1的无限长圆柱形导体管 , 管内空心部分的半径为R2 , 空心部分的轴与圆柱的轴相平行但不重合, 两轴间距离为a(aR2) , 现有电流I沿导体管流动 , 电流均匀分布在管的横截面上 , 方向与管轴平行 .,例4.,1)圆柱轴线上的磁感应强度的大小. 2)空心部分轴线上的磁感应强度的大小.,求:,由于空心部分的存在,磁场的柱对称性被破坏 , 因而此题解法需用填补法.(应保持原有的电流密度不变.),以电流I填满空心部分,然后再
5、用- I填一次,以抵消第一次填补的影响,因而整个磁场相当于与一个大的圆柱电流和一个半径为R2的反向圆柱电流-I产生的磁场的叠加.,解:,大圆柱电流在轴线O上产生的磁场为零,小圆柱电流在轴线O上产生的磁感应强度为,即,2)空心部分轴线上磁感应强度B0,小圆柱电流在自身轴线上产生磁场为零,大圆柱电流在O出产生的磁感应强度为,即,1)圆柱轴线上的磁感应强度B0,一根很长的同轴电缆 , 由一导体圆柱(半径为a)和一同轴的导体管(内、外半径分别为b、c)构成 , 使用时, 电流I从一导体流出去 , 从另一导体流回. 设电流都是均匀地分布在导体横截面上 。,例5,求:,空间各点处磁感应强度 大小的分布。,
6、解: 根据 安培环路定理,1） ra,3),brc,rc,4),例6 发电厂的汇流条是两条L=3.0m的平行铜棒. 它们相距a=0.5m,接通电路时,棒中电流是I=10000A,问此时汇流棒之间的相互作用力多大.,电流元dx所受安培力为,解: 取如图示坐标. 在汇流棒2上 任取一电流元dx,其中B为1在dx处产生的磁感应强度,方向向左,其中,所有df方向相同(向左),故,积分 , 以L=3m，I=10000A , a=0.5m代入 , 得 f=102N,讨论:若磁场感应强度按,计算f=?,试比较两者的误差,一塑料薄圆盘,半径为R ,电荷q均匀分布于表面 ,圆盘绕通过盘心垂直面的轴匀速转动 ,
7、角速度,例7,求,2)圆盘的磁矩;,3)若此圆盘处在水平向右的匀强磁场B中,1)圆盘中心处的磁感应强度;,求该圆盘所受的磁力矩.,q,其方向与半径垂直 , 所以旋转的细环在盘心O的 磁感应强度为,解: (1)求圆盘中心的磁感应强度 可用两种方法求解.,方法1:根据运动电荷的磁场公式,求解,=q/ R2,在圆盘上任取一半径为r,宽为dr的细环,所取细环上的电荷运动速度相同 , 均为,(方向垂直盘面向外),由于各细环在O处的磁感应强度方向相同,所以,(方向垂直盘面向外),其中在O处的磁感应强度,(方向垂直盘面向外),积分结果与方法1相同.,用圆电流公式计算.圆盘旋转时相当于不同半径的圆电流的集合.
8、如上所取细环对应的电流,方法2:,3)根据任意闭合回路在外磁场B中所受的磁力矩计,方向向上,2)根据线圈磁矩的定义,与细环电流对应的磁矩应为,由于各细环的磁矩方向相同,因此总磁矩为,(方向垂直盘面向外),算公式(14-18)得,一长直导线通有电流I1=20A , 其旁有一载流直导线ab , 两线共面.ab长为L=9.010-2m , 通以电流I2=10A , 线段ab垂直于长直导线 , a端到长直导线的距离为d=1 10-2m,求 1)导线ab所受的力,2)导线ab所受作用力对O点的力矩.,例8,1)设在导线ab上距长直导线为l处取电流元I2dl,该处磁感应强度仅由I1所产生,其大小为,(方向垂直纸面向里),则I2dl所受磁力的大小为,方向垂直ab向上,解:,2)如上所取电流元I2dl所受磁力对O点的力矩大小为,(方向垂直纸面向外),由于各电流元所受磁力对O点的力矩方向相同,所以整个导线ab所受磁力对O点的力矩大小为,方向垂直纸面向外.,习题14-20,已知：R N I,求：球心处磁感应强度,方向水平向右,习题14-21,已知：R I,求：轴心处磁感应强度,考虑对称性,