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文檔簡介

1、類比總結類比總結 1.1.產生產生靜止電荷靜止電荷0v運動電荷運動電荷0v2.2.被作被作用電荷用電荷與電荷運動與電荷運動狀態(tài)無關狀態(tài)無關只對運動電荷作用只對運動電荷作用3.3.表觀表觀性質性質力力作功作功力力作功作功4.4.基本基本物理量物理量UEB5.5.基本基本定理定理00 LiiSldEqSdE iiLSIldBSdB00 基本基本性質性質表一表一 場的產生與性質場的產生與性質靜電場靜電場穩(wěn)恒磁場穩(wěn)恒磁場第1頁/共96頁1.1.點電荷點電荷( (電流電流元元) )場的疊加場的疊加rerdqEd204 QdqlId204 relIdBdr Irr方法方法典型題目典型題目QIQxxboax

2、boaxi2.2.某些對稱性某些對稱性高斯定理高斯定理球球柱柱面面(體、面、點體、面、點)(體、面、線體、面、線)(板、面板、面)安環(huán)定理安環(huán)定理(體、面、線體、面、線)柱柱面面 (板、面板、面)3.3.典型場疊加典型場疊加21IIJirdE02 rdIdB 20 長直螺線管長直螺線管表二表二 場量計算場量計算BE類比總結類比總結 第2頁/共96頁表三表三 作用力作用力 靜電場靜電場 穩(wěn)恒磁場穩(wěn)恒磁場1.1.點點( (元元) )受力受力Eqf Bvqf 2.2.電荷電荷( (電流電流) )受力受力 )(QEdqf )(IBlIdf3.3.典型題目典型題目孤立導體孤立導體ds受力?受力?思路:思

3、路:0總E其余Edsdf02ds02其余ndsf d022idadl單位面積受力單位面積受力其余BlIdf diB0總20idlda20i其余nidadlf d220類比總結類比總結 三三第3頁/共96頁表三表三 作用力作用力 靜電場靜電場 穩(wěn)恒磁場穩(wěn)恒磁場4.4.應用應用電偶極子電偶極子ep磁偶極子磁偶極子mp0 iif0 iifEpM BmM 在外場中獲得的能量在外場中獲得的能量 qUqUWe)( UUqEpUl qe BmWm 類比總結類比總結 三三第4頁/共96頁類比總結類比總結 表四表四 介質介質 電介質電介質 磁介質磁介質1.模型模型電偶極子電偶極子ep有極有極無極無極磁偶極子磁偶

4、極子mp順、鐵順、鐵抗抗2.介質對場的影響介質對場的影響極化極化極化極化強度強度VpPieiVlim0磁化磁化磁化磁化強度強度VmMiiV lim03.極化極化(磁化磁化)電荷電荷(電流電流)nPnMj4.各向同性線性各向同性線性介質介質EEPer 00) 1( HHMmr )1(5.理論上處理理論上處理繞開極繞開極(磁磁)化電化電荷荷(電流電流)的計算的計算PED 0 MBH 0 iiSqsdD0內內 iiLIl dH0內內四四第5頁/共96頁類比總結類比總結 表四表四 介質介質 電介質電介質 磁介質磁介質四四6.思路思路原則原則尋找極化電荷尋找極化電荷Q,與自,與自由電荷由電荷Q的場疊加的

5、場疊加尋找磁化電流尋找磁化電流 I ,與傳,與傳導電流導電流 I 的場疊加的場疊加對稱性對稱性rDED 0 qP HBHr 0 IjM 7.特殊介質特殊介質鐵電體鐵電體鐵磁質鐵磁質電滯現(xiàn)象電滯現(xiàn)象居里點居里點介電常數(shù)大介電常數(shù)大磁滯現(xiàn)象磁滯現(xiàn)象居里點居里點磁導率大磁導率大421010 r421010 r第6頁/共96頁類比總結類比總結 表五表五 能量能量 電能電能 磁能磁能1.器件中器件中電容電容電感電感221CVWe221LIWm2.場中場中場能密度場能密度EDwe 21HBwm 21場能場能dVwWVee VmmdVwW第7頁/共96頁例例 證明不存在球對稱輻射狀磁場:證明不存在球對稱輻射

6、狀磁場:rerfB)( 證:證:選半徑為選半徑為 r 的球面為高斯面的球面為高斯面 S, 由題設有:由題設有:04)(d2 SrrfSB 這與這與 矛盾。矛盾。0d SSB 不存在不存在 形式的磁場。形式的磁場。rerfB)( rSB第8頁/共96頁SN0 B.證明不存在突然降到零的磁場。證明不存在突然降到零的磁場。證:證:L選圖示的閉合回路選圖示的閉合回路 L,應有:應有:。內內 0d0IlBL 但圖示情況但圖示情況0d lBL所以不存在這樣的磁場。所以不存在這樣的磁場。SN實際情況應有邊緣效應。實際情況應有邊緣效應。邊緣邊緣效應效應L例以保證以保證0d lBL第9頁/共96頁思考磁場如何?

7、磁場如何?答:答:螺線管的每圈電流都螺線管的每圈電流都圓電流疊加而成??煽闯墒菬o數(shù)大大小小的IIn布來看,布來看,截面形狀任意的密繞長直螺線管可看成無數(shù)大大小小的圓截面螺線管疊加而成。所以管內仍是所以管內仍是管外場強仍為零。管外場強仍為零。故從電流分截面形狀任意的密繞長直螺線管內外的均勻場B = 0nI,第10頁/共96頁1 1 已知磁感應強度已知磁感應強度 的均勻磁場,方向沿的均勻磁場,方向沿X X軸正方向,如圖所示,試求:軸正方向,如圖所示,試求:通過圖中通過圖中abcdabcd面的磁通量;面的磁通量;通過圖中通過圖中befcbefc面的磁通量;面的磁通量;通過圖中通過圖中aefdaefd

8、面的磁通量。面的磁通量。20 . 2mWbBXYZOabcdef30cm40cm50cm30cm習題習題第11頁/共96頁abcI12I2 2 設圖中兩導線的電流設圖中兩導線的電流 、 均為均為8A8A,對圖示的三條閉,對圖示的三條閉合曲線合曲線a a、b b、c c分別寫出安培環(huán)路定律等式右邊電流的分別寫出安培環(huán)路定律等式右邊電流的代數(shù)和,并討論:代數(shù)和,并討論:在各條閉合曲線上,各點的磁感應強度的量值是否相在各條閉合曲線上,各點的磁感應強度的量值是否相等?等?在閉合曲線在閉合曲線c c上各點的上各點的B B是否為零?為什么?是否為零?為什么?1I2I答:不等答:不等答:不為零答:不為零第1

9、2頁/共96頁3 3 相距為相距為d d,兩根平行長直導線,兩根平行長直導線1 1、2 2放在真空中,每根放在真空中,每根導線載有電流導線載有電流 。求:通過圖中斜線所示面積的磁通量。求:通過圖中斜線所示面積的磁通量。21II d12AL1I2I1r2r3rLdxxrrrIxIrrrm2113212010122)(解:解:ox建立如圖所示的坐標系建立如圖所示的坐標系dx第13頁/共96頁4 4 一長為一長為L=0.1mL=0.1m,帶電量,帶電量 的均勻帶電細棒,的均勻帶電細棒,以速率以速率v=1m/s=1m/s沿沿X X軸正方向運動,當細棒運動到與軸正方向運動,當細棒運動到與Y Y軸重軸重合

10、的位置時,細棒的下端與坐標原點合的位置時,細棒的下端與坐標原點O O的距離為的距離為a=0.1ma=0.1m,求此時坐標原點求此時坐標原點O O處的磁感應強度。處的磁感應強度。Cq10101oxyvdy解:解:建立如圖所示的坐標系建立如圖所示的坐標系電流元取為電流元取為vdyLqdI vdyLyqdB20420102020104.vdyLyqdBB第14頁/共96頁5 5 空間有兩個無限大導體平面,有同樣的電流密度空間有兩個無限大導體平面,有同樣的電流密度 , , 電流均勻通過,求空間的磁感應強度電流均勻通過,求空間的磁感應強度B B的分布。的分布。i第15頁/共96頁6 6 一厚為一厚為2h

11、2h的無限大導體平板,其內有均勻電流平行的無限大導體平板,其內有均勻電流平行于表面流動,電流密度為于表面流動,電流密度為 ,求空間的磁感應強度分布。,求空間的磁感應強度分布。iih2x第16頁/共96頁7 7 有一均勻帶電細直導線段有一均勻帶電細直導線段ABAB,長為,長為b b,線電荷密度為,線電荷密度為,此線段繞垂直于紙面的軸,此線段繞垂直于紙面的軸O O以以勻速轉動,轉動過勻速轉動,轉動過程中,線段程中,線段A A端與端與O O軸的距離軸的距離a a保持不變。保持不變。求:求:O O點磁感應強度點磁感應強度B B。oxadl解:解:建立如圖所示的坐標系建立如圖所示的坐標系電流元取為電流元

12、取為dxdldI22相當于環(huán)線電流在圓心產生的磁場相當于環(huán)線電流在圓心產生的磁場xdIdB20baabaaxdIdBB20baaxdx40第17頁/共96頁8 8 在一頂角為在一頂角為4545o o的扇形區(qū)域,有磁感應強度的扇形區(qū)域,有磁感應強度為為 、方向垂直指向紙面向內的均勻磁場(如、方向垂直指向紙面向內的均勻磁場(如圖),今有一電子(質量為圖),今有一電子(質量為 ,電量為,電量為 )在)在底邊距頂點底邊距頂點O O為為 的地方以垂直底邊的速度的地方以垂直底邊的速度 射射入該磁場區(qū)域,為使電子不從上面邊界跑出,入該磁場區(qū)域,為使電子不從上面邊界跑出,問電子的速度最大不應超過多少?問電子的

13、速度最大不應超過多少?BmelvOB第18頁/共96頁l圓心o45結果:結果:max( 21)eBlvmOBvmF第19頁/共96頁1I2Id第一:選擇產生磁第一:選擇產生磁 場的電流場的電流此題選擇直線電流為場此題選擇直線電流為場源電流,圓電流為受力源電流,圓電流為受力電流。電流。R9 9 載有電流載有電流I I1 1的無限長直導線旁邊有一平面圓形載流線的無限長直導線旁邊有一平面圓形載流線圈,線圈半徑為圈,線圈半徑為R R,電流強度為電流強度為I I2 2,線圈中心到直線的線圈中心到直線的垂直距離為垂直距離為d d,線圈與直導線在同一平面內,求線圈與直導線在同一平面內,求I I1 1與與I

14、I2 2之間的相互作用力。之間的相互作用力。第20頁/共96頁1I2IdR2I dl在圓電流上取電流元在圓電流上取電流元 2I dl該電流元所受安培力大小該電流元所受安培力大小sin2dlBIdF B是電流元所在處的磁感應強是電流元所在處的磁感應強度大小度大小012 (cos )IBdR x第21頁/共96頁012sin2 (cos )I IdldFdR 此題中此題中2Rddl cosxdFdF 012cos2 (cos )I I RddR 方向:方向:沿半徑指向圓心沿半徑指向圓心dFdlI2x第22頁/共96頁sinydFdF 012sin2 (cos )I I RddR 由對稱性分析可知由

15、對稱性分析可知0yF 0120cos2 (cos )xI I RFFddR *在非均勻磁場中,閉合載流回路整體上受磁力在非均勻磁場中,閉合載流回路整體上受磁力第23頁/共96頁1010 如圖,在面電流線密度為如圖,在面電流線密度為 的均勻載流無限大平板的均勻載流無限大平板附近,有一載流為附近,有一載流為 半徑為半徑為 的半圓形剛性線圈,其線的半圓形剛性線圈,其線圈平面與載流大平板垂直。線圈所受磁力矩為?受力圈平面與載流大平板垂直。線圈所受磁力矩為?受力為?為?jRI載流無限大平板附近載流無限大平板附近的磁感應強度大小的磁感應強度大小02Bj (均勻場)(均勻場)jI方向:方向: 左左右右答案:

16、答案:0M 0F 第24頁/共96頁1212 如圖,一固定的如圖,一固定的載流大平板,在其附近,有一載流載流大平板,在其附近,有一載流小線圈能自由轉動或平動。線圈平面與大平板垂直。小線圈能自由轉動或平動。線圈平面與大平板垂直。大平板的電流與線圈中電流方向如圖所示,則通電線大平板的電流與線圈中電流方向如圖所示,則通電線圈的運動情況從大平板向外看是:圈的運動情況從大平板向外看是:(A A)靠近大平板)靠近大平板ABAB(B B)順時鐘轉動)順時鐘轉動(C C)逆時鐘轉動)逆時鐘轉動(D D)離開大平板向外運動)離開大平板向外運動1I2I注意:注意:力矩的方向不是轉動的方向,力矩的方向不是轉動的方向

17、,力矩的方向與轉動的方向之間成右力矩的方向與轉動的方向之間成右手螺旋的關系。手螺旋的關系。第25頁/共96頁思考題思考題電量為電量為q q的粒子在均勻磁場中運動,下列哪些說法是正的粒子在均勻磁場中運動,下列哪些說法是正確的確的(1)(1)只要速度大小相同,所受的洛侖茲力就一定相同;只要速度大小相同,所受的洛侖茲力就一定相同;(2)(2)速度相同,電量分別為速度相同,電量分別為+q+q和和-q-q的兩個粒子,它們受的兩個粒子,它們受 磁場力的大小相等方向相反;磁場力的大小相等方向相反;(3)(3)質量為質量為m m,電量為,電量為q q的帶電粒子,受洛侖茲力作用,的帶電粒子,受洛侖茲力作用, 其

18、動能和動量都不變;其動能和動量都不變;(4)(4)洛侖茲力總與速度方向垂直,所以帶電粒子運動的洛侖茲力總與速度方向垂直,所以帶電粒子運動的 軌跡必定是圓。軌跡必定是圓。第26頁/共96頁習題課習題課1 1 一電子束以速度一電子束以速度v v沿沿X X軸方向射出,在軸方向射出,在Y Y軸上有軸上有電場強度為電場強度為E E的電場,為了使電子束不發(fā)生偏轉,的電場,為了使電子束不發(fā)生偏轉,假設只能提供磁感應強度大小為假設只能提供磁感應強度大小為B=2E/vB=2E/v的均勻的均勻磁場,試問該磁場應加在什么方向。磁場,試問該磁場應加在什么方向。xyzoEEqBvq代入得代入得EvBsin21sinvB

19、65第27頁/共96頁xyo2 2 有一無限長直線電流有一無限長直線電流 ,沿一半徑為,沿一半徑為R R的圓的圓電流電流I I的直徑穿過,的直徑穿過,求:半圓弧求:半圓弧ADBADB受直線電流的作用力;受直線電流的作用力; 整個圓形電流受直線電流的作用力。整個圓形電流受直線電流的作用力。oIABDROC0IIdlBFdRBlIdFdIBdldF RdRIIsin200分析對稱性:分析對稱性:0ydFsindFdFxIIdFFx00021整個線圈受的力:整個線圈受的力:IIFF002圈第28頁/共96頁3 3 有一圓線圈直徑為有一圓線圈直徑為D D,共,共n n匝,電流強度為匝,電流強度為I I

20、,將此線圈置于均勻磁場將此線圈置于均勻磁場B B中,求:中,求:作用在線圈上的最大磁力矩作用在線圈上的最大磁力矩 ;線圈在什么位置時線圈在什么位置時, ,磁力矩是磁力矩是 的一半;的一半;當當 時,時, 為多少?為多少?4 4 一個通有電流一個通有電流 的半圓平面線圈,平面位于的半圓平面線圈,平面位于紙面上。在其圓心處放一根垂直于半圓平面的紙面上。在其圓心處放一根垂直于半圓平面的無限長直導線,其中通有電流無限長直導線,其中通有電流I I,求半圓線圈受,求半圓線圈受長直導線的安培力的合力長直導線的安培力的合力F F。maxMmaxMMmaxMm1InISB第29頁/共96頁5 5 一線圈一線圈O

21、ABOAB放在磁場放在磁場B B中,中,求:線圈平面與磁場垂直時,弧線求:線圈平面與磁場垂直時,弧線ABAB所受的磁力;所受的磁力; 線圈平面與磁場成線圈平面與磁場成 角,線圈所受的磁力矩。角,線圈所受的磁力矩。o60OABIRLIIIBRIBLF2BmMsinmBM 060sinmB第30頁/共96頁6 6 如圖所示,兩導線直徑為如圖所示,兩導線直徑為d d,中心線間距為,中心線間距為3d3d,導體塊質量為導體塊質量為m m,可沿長為,可沿長為L L的導軌滑動,的導軌滑動,求:靜止滑塊從導軌一端滑到另一端的時間;求:靜止滑塊從導軌一端滑到另一端的時間; 滑塊離開導軌時的速率?;瑝K離開導軌時的

22、速率。3dIII可把兩導線看作無限長可把兩導線看作無限長xoBlIdFddxxdIxIFdd2003222ln220I221atL mFa 2ln410mLIt 則:則:mLIv0)2(ln第31頁/共96頁7 7 有兩束陰極射線向同一方向發(fā)射。有人說,有兩束陰極射線向同一方向發(fā)射。有人說,這兩束射線之間有安培力、庫侖力、洛侖茲力這兩束射線之間有安培力、庫侖力、洛侖茲力作用;也有人說,只有三種力中的某兩種力;作用;也有人說,只有三種力中的某兩種力;還有人說,只有某一種力,試給出一種正確的還有人說,只有某一種力,試給出一種正確的說法。說法。第32頁/共96頁8 8 試討論下列問題:試討論下列問題

23、: 均勻電場均勻電場 和均勻磁場和均勻磁場 ,兩者方向相互,兩者方向相互垂直,如果要使電子在這磁場、電場中作勻速垂直,如果要使電子在這磁場、電場中作勻速直線運動,問電子的速度應為多少?方向如何?直線運動,問電子的速度應為多少?方向如何?圖示之。圖示之。 如果是帶正電或負電的離子又如何?電量的如果是帶正電或負電的離子又如何?電量的大小不同或離子的質量不同是否有所影響?大小不同或離子的質量不同是否有所影響? 已知電場已知電場E E和磁場和磁場B B是均勻的,且兩者相互是均勻的,且兩者相互垂直,現(xiàn)有一帶電粒子,其初速垂直,現(xiàn)有一帶電粒子,其初速v0 0與與E E平行,問平行,問粒子將怎樣運動?粒子將

24、怎樣運動?1300mVE2410mWbB第33頁/共96頁 電子進入均勻磁場電子進入均勻磁場B B中,如圖所示,當電子位于中,如圖所示,當電子位于A A點的時刻,具有與磁場方向成點的時刻,具有與磁場方向成 角的速度角的速度v,它繞螺旋,它繞螺旋線一周后到達線一周后到達B B點,求點,求ABAB的長度,并畫出電子的螺旋軌的長度,并畫出電子的螺旋軌道,順著磁場方向看去,它是順時針旋進還是逆時針旋道,順著磁場方向看去,它是順時針旋進還是逆時針旋進?如果是正離子(如質子),結果有何不同?進?如果是正離子(如質子),結果有何不同?VAB第34頁/共96頁1 1、均勻磁場的磁感應強度、均勻磁場的磁感應強度

25、B B垂直于半徑為垂直于半徑為r r的圓面,今以該圓面的圓面,今以該圓面為邊界,作以半球面為邊界,作以半球面S S,則通過,則通過S S面的磁通量的大小為(面的磁通量的大小為( )(A A)2r2r2 2B (B) rB (B) r2 2B B(C C)0 0 (D D)無法確定的量。)無法確定的量。B2 2、如圖所示,流出紙面的電流為、如圖所示,流出紙面的電流為2I 2I ,流進紙面的電流為,流進紙面的電流為I I,則下述各式中正確的是(則下述各式中正確的是( ) 12)(lIl dHA 2)(lIldHB 3)(lIl dHC 4)(lIl dHDD第35頁/共96頁3 3、用細導線均勻密

26、繞成長為、用細導線均勻密繞成長為l,半徑為,半徑為a( (la) ),總匝數(shù)為,總匝數(shù)為N N的螺的螺線管,管內充滿相對磁導率為線管,管內充滿相對磁導率為r r的均勻磁介質,若線圈中載有的均勻磁介質,若線圈中載有穩(wěn)恒電流穩(wěn)恒電流I I,則管中任一點(,則管中任一點( )(A A)B=0 0rNI (B B)B=rNI/l(C C)H=0NI /l (D D)H= NI/l D第36頁/共96頁4 4、一長直電流、一長直電流I I在平面內被彎成如圖所示的形狀,在平面內被彎成如圖所示的形狀,IIIo1R2Rabcdef其中其中直電流直電流 abab和和cdcd的延長線的延長線過過o o電流電流bc

27、bc是以是以o o為圓心、以為圓心、以R R2 2為半徑的為半徑的1/41/4圓弧圓弧電流電流dede也是以也是以o o為圓心、為圓心、但,是以但,是以R R1 1為半徑的為半徑的1/41/4圓弧圓弧直電流直電流efef與圓弧電流與圓弧電流dede在在e e點相切點相切求:場點求:場點o處的磁感強度處的磁感強度B第37頁/共96頁IIIo1R2Rabcdef解:解:場點場點o處的磁感強度是由五段處的磁感強度是由五段特殊形狀電流產生的場的疊加,特殊形狀電流產生的場的疊加,即即efdecdbcabBBBBBB由畢薩拉定律得到各電流的磁感強度分別是由畢薩拉定律得到各電流的磁感強度分別是00cdabB

28、B20241RIBbc方向:方向: 10241RIBde10221RIBef201010848RIRIRIB第38頁/共96頁5 5 關于穩(wěn)恒電流磁場的磁場強度,下列幾種說關于穩(wěn)恒電流磁場的磁場強度,下列幾種說法中哪個是正確的?法中哪個是正確的? (A) (A) 僅與傳導電流有關僅與傳導電流有關 (B) (B) 若閉合曲線內沒有包圍傳導電流,則若閉合曲線內沒有包圍傳導電流,則曲線上各點的曲線上各點的H H必為零必為零 (C) (C) 若閉合曲線上各點均為零,則該曲線若閉合曲線上各點均為零,則該曲線所包圍傳導電流的代數(shù)和為零所包圍傳導電流的代數(shù)和為零 (D) (D) 以閉合曲線為邊緣的任意曲面的

29、通以閉合曲線為邊緣的任意曲面的通量均相等量均相等 (C)第39頁/共96頁6 6 如圖,在一圓形電流如圖,在一圓形電流I I所在的平面內,選取所在的平面內,選取一個同心圓形閉合回路一個同心圓形閉合回路L L,則由安培環(huán)路定理,則由安培環(huán)路定理可知可知 (A) (A) ,且環(huán)路上任意一點,且環(huán)路上任意一點B B = 0 = 0 (B) (B) ,且環(huán)路上任意一點,且環(huán)路上任意一點B B00 (C) (C) ,且環(huán)路上任意一點,且環(huán)路上任意一點B B00 (D) (D) ,且環(huán)路上任意一點,且環(huán)路上任意一點B B = =常量常量. .(B) L O I 0LB dl 0LB dl 0LB dl 0

30、LB dl 第40頁/共96頁7 7 邊長為邊長為l的正方形線圈中通有電流的正方形線圈中通有電流I I,此線圈,此線圈在在A A點點( (見圖見圖) )產生的磁感強度產生的磁感強度B B為為 (A) (B) (A) (B) (C) (D) (C) (D) 以上均不對以上均不對 A I I 024Il (A) 022Il 02Il )cos(cos4210rIB第41頁/共96頁8 8 如圖,兩根直導線如圖,兩根直導線abab和和cdcd沿半徑方向被接到沿半徑方向被接到一個截面處處相等的鐵環(huán)上,穩(wěn)恒電流一個截面處處相等的鐵環(huán)上,穩(wěn)恒電流I I從從a a端端流入而從流入而從d d端流出,則磁感強度

31、沿圖中閉合路徑端流出,則磁感強度沿圖中閉合路徑L L的積分的積分 等于等于 LB dl 0( )AI 01( )3BI 0()/4CI 0()2/3DI I I a b c d L 120 (D)第42頁/共96頁9 9 一載有電流一載有電流I I的細導線分別均勻密繞在半徑為的細導線分別均勻密繞在半徑為R R和和r r的長直圓筒上形成兩個螺線管,兩螺線管的長直圓筒上形成兩個螺線管,兩螺線管單位長度上的匝數(shù)相等設單位長度上的匝數(shù)相等設R R=2=2r r,則兩螺線管,則兩螺線管中的磁感強度大小中的磁感強度大小B BR R和和B Br r應滿足:應滿足: (A) (A) B BR R=2=2B B

32、r r (B) (B) B BR R= =B Br r (C) 2 (C) 2B BR R= =B Br r (D) (D) B BR R=4=4B Br r ( B )第43頁/共96頁10 10 如圖所示的一細螺繞環(huán),它由表面絕緣的導如圖所示的一細螺繞環(huán),它由表面絕緣的導線在鐵環(huán)上密繞而成,每厘米繞線在鐵環(huán)上密繞而成,每厘米繞1010匝當導線匝當導線中的電流中的電流I I為為2.0A2.0A時,測得鐵環(huán)內的磁感應強度時,測得鐵環(huán)內的磁感應強度的大小的大小B B為為1.0T1.0T,則可求得鐵環(huán)的相對磁導率,則可求得鐵環(huán)的相對磁導率r r為為( (真空磁導率真空磁導率0 0=4=41010-

33、7 -7 T Tm mA A-1-1) ) (A) 7.96(A) 7.9610102 2 (B) 3.98 (B) 3.9810102 2 (C) 1.99(C) 1.9910102 2 (D) 63.3(D) 63.3( B )第44頁/共96頁11 11 在磁感強度為在磁感強度為 的均勻磁場中作一半徑為的均勻磁場中作一半徑為r r的半球面的半球面S S,S S邊線所在平面的法線方向單位矢邊線所在平面的法線方向單位矢量量 與與 的夾角為的夾角為,則通過半球面,則通過半球面S S的磁通量的磁通量( (取彎面向外為正取彎面向外為正) )為為 (A)(A)r r2 2B B (B) 2 (B)

34、2r r2 2B B (C)-(C)-r r2 2B Bsinsin (D) -(D) -r r2 2B Bcoscos n B S (D) B B n 第45頁/共96頁如圖,平板電容器如圖,平板電容器(忽略邊緣效應忽略邊緣效應)充電時,沿環(huán)充電時,沿環(huán)路路L1的磁場強度的環(huán)流與沿環(huán)路的磁場強度的環(huán)流與沿環(huán)路L2的磁場強度的的磁場強度的環(huán)流兩者,必有:環(huán)流兩者,必有: (A) . (B) . (C) . (D) . 1LH dl 2LH dl 1LH dl 2LH dl 1LH dl 2LH dl 10LH dl HL1L2()()第46頁/共96頁(2009)真空中有一載有穩(wěn)恒電流真空中有

35、一載有穩(wěn)恒電流I的細線圈,則通過包的細線圈,則通過包圍該線圈的封閉曲面圍該線圈的封閉曲面S的磁量的磁量 =_若通若通過過S面上某面元的元磁通為面上某面元的元磁通為d ,而線圈中的電流,而線圈中的電流增加為增加為2I時時,通過同一面元的元磁通為通過同一面元的元磁通為d ,則,則d d =_ 01:2第47頁/共96頁(5670)在半經為)在半經為R的長直金屬圓柱體內部挖去的長直金屬圓柱體內部挖去一個半徑為一個半徑為r的長直圓柱體,兩柱體軸線平行,的長直圓柱體,兩柱體軸線平行,其間距為其間距為a,如圖今在此導體上通以電流,如圖今在此導體上通以電流I,電,電流在截面上均勻分布,則空心部分軸線上流在截

36、面上均勻分布,則空心部分軸線上O點的點的磁感強度的大小為磁感強度的大小為_aRrOOI0222 ()IaBRr 第48頁/共96頁(5161)一平行板空氣電容器的兩極板都是半徑)一平行板空氣電容器的兩極板都是半徑為為R的圓形導體片,在充電時,板間電場強度的的圓形導體片,在充電時,板間電場強度的變化率為變化率為dE/dt若略去邊緣效應,則兩板間的位若略去邊緣效應,則兩板間的位移電流為移電流為_ 20dERdt 第49頁/共96頁(2025)兩根無限長直導線互相垂直地放著,)兩根無限長直導線互相垂直地放著,相距相距d =2.0102 m,其中一根導線與,其中一根導線與z軸重合,軸重合,另一根導線與

37、另一根導線與x軸平行且在軸平行且在Oxy平面內設兩導平面內設兩導線中皆通過線中皆通過I =10 A的電流,則在的電流,則在y軸上離兩根軸上離兩根導線等距的點導線等距的點P處的磁感強度的大小為處的磁感強度的大小為B =_(0 =410-7 NA-2) O x y I I z P 2.8210-8 T 第50頁/共96頁 (2109)一個繞有)一個繞有500匝導線的平均周長匝導線的平均周長50 cm的細環(huán),載有的細環(huán),載有 0.3 A電流時,鐵芯的相對磁導率電流時,鐵芯的相對磁導率為為600 (1) 鐵芯中的磁感強度鐵芯中的磁感強度B為為_ (2) 鐵芯中的磁場強度鐵芯中的磁場強度H為為_ 0.2

38、26 T 300 A/m 第51頁/共96頁 (2356) 載有一定電流的圓線圈在周圍空間產生載有一定電流的圓線圈在周圍空間產生的磁場與圓線圈半徑的磁場與圓線圈半徑R有關,當圓線圈半徑增大有關,當圓線圈半徑增大時,(時,(1)圓線圈中心(即圓心)的磁場)圓線圈中心(即圓心)的磁場_, (2)圓線圈軸線上各點的磁場)圓線圈軸線上各點的磁場_.002IBRR B 圓心:圓心:x處:處:3220222()IRBRx( )0 2RB RBx,即:( )0 2RB RBx,即:x3222022(2)( )2()IxRB RRx第52頁/共96頁(2878) 一電量為一電量為q的點電荷,以勻角速度的點電荷

39、,以勻角速度w作作圓周運動,圓周的半徑為圓周運動,圓周的半徑為R設設t = 0 時時q所在點的所在點的坐標為坐標為x0 = R,y0 = 0 ,以,以 、 分別表示分別表示x軸和軸和y軸軸上的單位矢量求圓心處的位移電流密度上的單位矢量求圓心處的位移電流密度i j t x y O q 0r r 02()4qDrR 24qR (cossin)ij 24qDR (cossin)t it j dDJdt 2(sincos)4qtitjR 第53頁/共96頁(2606) 從經典觀點來看,氫原子可看作是一從經典觀點來看,氫原子可看作是一個電子繞核作高速旋轉的體系已知電子和質個電子繞核作高速旋轉的體系已知電

40、子和質子的電荷分別為子的電荷分別為e和和e,電子質量為,電子質量為me,氫原,氫原子的圓軌道半徑為子的圓軌道半徑為r,電子作平面軌道運動,試,電子作平面軌道運動,試求電子軌道運動的磁矩的數(shù)值?它在圓心處所求電子軌道運動的磁矩的數(shù)值?它在圓心處所產生磁感應強度的數(shù)值產生磁感應強度的數(shù)值B0為多少?為多少? 222/ekerm vr ekvem r 22eekirm r 21/2mpisekr m 2000224eiekBrrm r 第54頁/共96頁解:解: (2029) 如圖示,一無限長直導線通有如圖示,一無限長直導線通有 電流電流在一處折成夾角在一處折成夾角 的折線,求角平分線上與的折線,求

41、角平分線上與導導線的垂直距離均為線的垂直距離均為r0.1cm的的p點處的磁感應強點處的磁感應強度。度。10IA 60prrABCABBCBBB0AB12(coscos)4IBr方向:方向:其中:其中:12506,0BC12(coscos)4IBr其中:其中:126,ABBCBBB03(23)43.73 10IrT方向:方向:第55頁/共96頁計算題計算題(2366): 如圖,電流從內部開始沿第一根導線順時針通如圖,電流從內部開始沿第一根導線順時針通過后,緊挨著沿第二根逆時針返回,如此由內到過后,緊挨著沿第二根逆時針返回,如此由內到外往返。最后一根導線中的電流沿(外往返。最后一根導線中的電流沿(

42、1)逆時針方)逆時針方向(向(2)順時針方向,設導線中的電流強度為)順時針方向,設導線中的電流強度為 ,R遠大于導線的直徑。求遠大于導線的直徑。求(1)、(2)兩種情況下,兩種情況下, 點點處的磁感應強度處的磁感應強度 的大小與方向。的大小與方向。oB R2RIo第56頁/共96頁R2R解:解:設半圓形導線來回往返共設半圓形導線來回往返共N次,次,若最后一根為逆時針,則順時針、逆時針若最后一根為逆時針,則順時針、逆時針根數(shù)各為根數(shù)各為2N若最后一根為順時針,則順時針根數(shù)為若最后一根為順時針,則順時針根數(shù)為 ,逆時針根數(shù)有,逆時針根數(shù)有12N12N(1)最后一根為逆時針,在最后一根為逆時針,在

43、內有逆時針和順內有逆時針和順時針電流:時針電流:rrdr 2NdIIdrR它們在它們在O點產生的磁場:點產生的磁場:0048dINI drdBrRr則:則:0BBB順逆22RNRNRRRRdBdB011ln(1)ln(1)82NIRNN第57頁/共96頁21 ln(1)2xxx11 ln(1)ln(1)2NN11122NNN 00 B =16I方向:方向:(2)最后一根為順時針最后一根為順時針00316IBR方向:方向:第58頁/共96頁(2225)給電容為給電容為C的平行板電容器充電,電流為的平行板電容器充電,電流為i = 0.2e-t ( SI ),t = 0時電容器極板上無電荷時電容器極

44、板上無電荷求:求: (1) 極板間電壓極板間電壓U隨時間隨時間t而變化的關系而變化的關系 (2) t時刻極板間總的位移電流時刻極板間總的位移電流Id (忽略邊緣效忽略邊緣效 應應)00110.20.2(1)ttttqUidteeCCCC 0.2tdIie 第59頁/共96頁 (2871)如圖所示一電荷為)如圖所示一電荷為q的點電荷,以勻角的點電荷,以勻角速度速度w作圓周運動,圓周的半徑為作圓周運動,圓周的半徑為R設設t = 0 時時q所在點的坐標為所在點的坐標為x0 = R,y0 = 0 ,以,以 、 分別表示分別表示x軸和軸和y軸上的單位矢量,則圓心處軸上的單位矢量,則圓心處O點的位移電流點

45、的位移電流密度為:密度為: 2()sin4qAtiR 2()cos4qBt jR 2()4qCkR 2()(sincos)4qDtit jR )(ix )( jy R q O i j (D)第60頁/共96頁u安培定律:安培定律:dFIdlB 載流線圈:載流線圈:MmB u法拉第電磁感應定律:法拉第電磁感應定律:ddt 動生電動勢:動生電動勢:()lvBdl 感生電動勢:感生電動勢:nelsBEdldSt 互感電動勢:互感電動勢:12121diMdt 自感電動勢:自感電動勢:LdiLdt 運動電荷:運動電荷:fqvB 21212diMdt 第61頁/共96頁SdtDIl dH SdtBl dE

46、 iqSdD0 SdB第62頁/共96頁(2491) 在兩個永久磁極中間放置一圓形線圈,線圈的大小和磁極大小約相等,線圈平面和磁場方向垂直今欲使線圈中產生逆時針方向(俯視)的瞬時感應電流i(如圖),可選擇下列哪一個方法? (A) 把線圈在自身平面內繞圓心旋轉一個小角度 (B) 把線圈繞通過其直徑的OO軸轉一個小角度 (C) 把線圈向上平移 (D) 把線圈向右平移 O S N O i C第63頁/共96頁(2505)一根長度為)一根長度為L的銅棒,在均勻磁場的銅棒,在均勻磁場 中以中以勻角速度勻角速度繞通過其一端繞通過其一端O 的定軸旋轉著,的定軸旋轉著, 的方的方向垂直銅棒轉動的平面,如圖所示

47、設向垂直銅棒轉動的平面,如圖所示設t =0時,銅時,銅棒與棒與Ob成成角角(b為銅棒轉動的平面上的一個固定為銅棒轉動的平面上的一個固定點點),則在任一時刻,則在任一時刻t這根銅棒兩端之間的感應電動這根銅棒兩端之間的感應電動勢是:勢是: (A) (B) (C) (D) (E) 2cos()L Bt 21cos2L Bt 22cos()L Bt 2L B 212L B B L O b (E)B B 第64頁/共96頁 (2315)如圖所示,直角三角形金屬框架)如圖所示,直角三角形金屬框架abc放放在均勻磁場中,磁場平行于在均勻磁場中,磁場平行于ab邊,邊,bc的長度為的長度為l當金屬框架繞當金屬框

48、架繞ab邊以勻角速度邊以勻角速度w轉動時,轉動時,abc回路中的感應電動勢回路中的感應電動勢E和和a、c兩點間的電勢差兩點間的電勢差Ua Uc為為 (A) E =0,Ua Uc = (B) E =0,Ua Uc = (C) E = , Ua Uc = (D) E = ,Ua Uc = 212B l 212B l 212B l 212B l B a b c l (B)2B l 2B l 第65頁/共96頁(2293) 三條無限長直導線等距地并排安放,導線、分別載有1 A,2 A,3 A同方向的電流由于磁相互作用的結果,導線,單位長度上分別受力F1、F2和F3,如圖所示則F1與F2的比值是: (A

49、) 7/16 (B) 5/8 (C) 7/8 (D) 5/4 F1F2F31 A2 A3 AC第66頁/共96頁 如圖所示如圖所示,空氣中有一無限長金屬薄壁圓筒空氣中有一無限長金屬薄壁圓筒,在在表面上沿圓周方向均勻流著一層隨時間變化的電表面上沿圓周方向均勻流著一層隨時間變化的電流流 ,則(,則( )(A)圓筒內均勻的分布著變化磁場和變化電場)圓筒內均勻的分布著變化磁場和變化電場(B)任意時刻通過圓筒內假想的任一球面的磁)任意時刻通過圓筒內假想的任一球面的磁通量和電通量均為零。通量和電通量均為零。(C)沿圓筒外任意閉合環(huán)路上磁感應強度的環(huán))沿圓筒外任意閉合環(huán)路上磁感應強度的環(huán)流不為零。流不為零。

50、(D)沿圓筒內任意閉合環(huán)路上電場強度的環(huán)流)沿圓筒內任意閉合環(huán)路上電場強度的環(huán)流為零。為零。( )i t( )i tB第67頁/共96頁選擇題:選擇題:兩根很長的平行直導線,其間距離為兩根很長的平行直導線,其間距離為a,與電,與電源組成閉合回路,如圖。已知導線上的電流強源組成閉合回路,如圖。已知導線上的電流強度為度為 ,在保持,在保持 不變的情況下,若將導線間的不變的情況下,若將導線間的距離增大,則空間的(距離增大,則空間的( )(A)總磁能將增大)總磁能將增大 (B)總磁能將減少)總磁能將減少(C)總磁能將保持不變)總磁能將保持不變 (D)總磁能的變化不能確定)總磁能的變化不能確定 IIA第

51、68頁/共96頁 氫原子中,電子繞原子核沿半徑為氫原子中,電子繞原子核沿半徑為r的圓周運的圓周運動,它等效于一個圓形電流,如果外加一個磁動,它等效于一個圓形電流,如果外加一個磁感應強度為感應強度為B的磁場,其磁力線與軌道平面平行,的磁場,其磁力線與軌道平面平行,那么圓電流所受的磁力矩的大小那么圓電流所受的磁力矩的大小 _。(設電子質量為設電子質量為 ,電子電量的絕對值為,電子電量的絕對值為 )M meeMmB2evrmIS222014mverr2oevmr204ee BrMm第69頁/共96頁 在豎直向上的均勻穩(wěn)恒磁場中,有兩條與水在豎直向上的均勻穩(wěn)恒磁場中,有兩條與水平平面成面成 角的平行導

52、軌,相距角的平行導軌,相距L,導軌下端與電阻,導軌下端與電阻R相連,若一段質量為相連,若一段質量為m的裸導線上保持勻速下的裸導線上保持勻速下滑,在忽略導軌與導線的電阻和其間摩擦的情滑,在忽略導軌與導線的電阻和其間摩擦的情況下,感應電動勢況下,感應電動勢 ;導線;導線ab上上_端端電勢高;感應電流的大小電勢高;感應電流的大小 ,方向,方向_。_i_i RabBL第70頁/共96頁mgF Bv()babavBdlcosBLvabIRcosBLvRbaFIdlBFBILsincosmgF勻速運動:勻速運動:mgItgBLba第71頁/共96頁 一線圈中通過的電流一線圈中通過的電流 隨隨 變化的規(guī)律,

53、如圖變化的規(guī)律,如圖所示,試圖示出自感電動勢所示,試圖示出自感電動勢 隨時間變化的規(guī)律。隨時間變化的規(guī)律。(以(以 的正向作為的正向作為 的正向)的正向)ItlIltlLdiLdt toIabcd第72頁/共96頁 一個薄壁紙筒,長為一個薄壁紙筒,長為30cm、截面直徑為、截面直徑為3cm,筒上繞有筒上繞有500匝線圈,紙筒內由匝線圈,紙筒內由 的鐵芯的鐵芯充滿,則線圈的自感系數(shù)為充滿,則線圈的自感系數(shù)為_。 5000r702(410)NANNBS Bni2()2DS20rnVi Li20rnV 3.7H第73頁/共96頁(2525)一自感線圈中,電流強度在)一自感線圈中,電流強度在 0.00

54、2 s內內均勻地由均勻地由10 A增加到增加到12 A,此過程中線圈內自,此過程中線圈內自感電動勢為感電動勢為 400 V,則線圈的自感系數(shù)為,則線圈的自感系數(shù)為L =_0.400 H 第74頁/共96頁(2701) 一初速為零的帶電粒子在通過電勢差一初速為零的帶電粒子在通過電勢差U = 100 V的加速電場后,飛入互相垂直的均勻電場和磁場的加速電場后,飛入互相垂直的均勻電場和磁場中已知電場強度中已知電場強度E = 1104 V/m,磁感強度,磁感強度B = 0.1 T,若粒子在其中沿直線運動且與兩個場,若粒子在其中沿直線運動且與兩個場垂直,在忽略重力的情況下,粒子的速度的方向垂直,在忽略重力

55、的情況下,粒子的速度的方向與電場強度的方向和磁感強度的方向之間的關系與電場強度的方向和磁感強度的方向之間的關系是是_,粒子所帶電荷,粒子所帶電荷q和和質量質量m之比之比q / m _ 的方向平行于的方向平行于 的方向的方向v EB 5107 C/kg 第75頁/共96頁(2456)有半導體通以電流)有半導體通以電流I,放在均勻磁場,放在均勻磁場B中,其上下表面積累電荷如圖所示試判斷它中,其上下表面積累電荷如圖所示試判斷它們各是什么類型的半導體?們各是什么類型的半導體? I I B B 是_型, 是_型 np第76頁/共96頁 L R (2760)如圖所示電荷)如圖所示電荷Q均勻分布在一半徑為均

56、勻分布在一半徑為R,長為長為L (LR)的絕緣長圓筒上的絕緣長圓筒上 一靜止的單匝矩一靜止的單匝矩形線圈的一個邊與圓筒的軸線重合若筒以角速形線圈的一個邊與圓筒的軸線重合若筒以角速度度 減速旋轉,則線圈中的感應電流減速旋轉,則線圈中的感應電流為為 _0(1) t 0 第77頁/共96頁(2413)一段直導線在垂直于均勻磁場的平面內)一段直導線在垂直于均勻磁場的平面內運動已知導線繞其一端以角速度運動已知導線繞其一端以角速度轉動時的電轉動時的電動勢與導線以垂直于導線方向的速度動勢與導線以垂直于導線方向的速度 作平動時作平動時的電動勢相同,那么,導線的長度為的電動勢相同,那么,導線的長度為_2v v

57、第78頁/共96頁(2317)半徑為)半徑為L的均勻導體圓盤繞通過中心的均勻導體圓盤繞通過中心O的的垂直軸轉動,角速度為垂直軸轉動,角速度為,盤面與均勻磁場垂直,盤面與均勻磁場垂直,如圖如圖 (1) 圖上圖上oa線段中動生電動勢的方向為線段中動生電動勢的方向為_ (2) 填寫下列電勢差的值填寫下列電勢差的值(設設ca段長度為段長度為d ): UaUo =_ UaUb =_ UaUc =_ B a d b c O 由由a指向指向o 212B L 1(2)2BdLd 0第79頁/共96頁真空中兩條相距真空中兩條相距2a的平行長直導線,通以方向相的平行長直導線,通以方向相同,大小相等的電流同,大小相

58、等的電流I,O、P兩點與兩導線在同兩點與兩導線在同一平面內,與導線的距離如圖所示,則一平面內,與導線的距離如圖所示,則O點的磁點的磁場能量密度場能量密度mo =_,P點的磁場能量密點的磁場能量密度度mr =_ a a a O P I I 22202/(9)Ia 0第80頁/共96頁(2136)如圖所示,一導線構成一正方形線圈)如圖所示,一導線構成一正方形線圈然后對折,并使其平面垂直置于均勻磁場當然后對折,并使其平面垂直置于均勻磁場當線圈的一半不動,另一半以角速度線圈的一半不動,另一半以角速度張開時張開時(線線圈邊長為圈邊長為2l),線圈中感應電動勢的大小,線圈中感應電動勢的大小_(設此時的張角

59、為設此時的張角為,見圖,見圖) d a b c B 22sinl B第81頁/共96頁bva( )I t(式中(式中 為常量,為常量, 為時間),為時間), 有一帶滑有一帶滑如圖,真空中一長直導線通有電流如圖,真空中一長直導線通有電流0( )tI tI e0 I、動邊的矩形導線框與長直導線平行共面,二者動邊的矩形導線框與長直導線平行共面,二者相距相距a。矩形線框的滑動邊與長直導線垂直,。矩形線框的滑動邊與長直導線垂直,它的長度為它的長度為b,并且以勻速,并且以勻速 (方向平行長直(方向平行長直導線)滑動。若忽略線框中的自感電動勢,并導線)滑動。若忽略線框中的自感電動勢,并設開始時滑動邊與對邊重合,試求任意時刻設開始時滑動邊與對邊重合,試求任意時刻t在矩形線框內的感應電動勢在矩形線框內的感應電動勢 ,并討論,并討論 方向。方向。viit第82頁/共96頁bva(

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