大学物理课后习题答案(北邮第三版)下 下载本文

∴ B?6.37?10?5i T

9-11 氢原子处在基态时,它的电子可看作是在半径a=0.52×10-8cm的轨道上作匀速圆周运动,

速率v=2.2×10cm·s.求电子在轨道中心所产生的磁感应强度和电子磁矩的值.

8

-1

??解:电子在轨道中心产生的磁感应强度

????0ev?aB0?

4?a3如题9-11图,方向垂直向里,大小为

B0???0ev?13 T 24?a电子磁矩Pm在图中也是垂直向里,大小为

Pm?e2eva?a??9.2?10?24 A?m2 T2题9-11图 题9-12图

9-12 两平行长直导线相距d=40cm,每根导线载有电流I1=I2=20A,如题9-12图所示.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)通过图中斜线所示面积的磁通量.(r1=r3=10cm,l=25cm). 解:(1) BA??0I1dd2?()2?()22(2)取面元dS?ldr

?1I1r1?r2?I?Il?Il1?Il???[01?]ldr?01ln3?02ln?1ln3?2.2?10?6Wb

r12?r2?(d?r)2?2?3?9-13 一根很长的铜导线载有电流10A,设电流均匀分布.在导线内部作一平面S,如题9-13

图所示.试计算通过S平面的磁通量(沿导线长度方向取长为1m的一段作计算).铜的磁导率???0.

解:由安培环路定律求距圆导线轴为r处的磁感应强度

??0I2?4?10?5 T方向?纸面向外

??B?dl??0?I

lIr2B2?r??02

R∴ B??0Ir 22?R

题 9-13 图 磁通量 ?m?B?dS?(s)????R0?0Ir?0I?6dr??10 Wb 24?2?R?9-14 设题9-14图中两导线中的电流均为8A,对图示的三条闭合曲线a,b,c,分别写出安

培环路定理等式右边电流的代数和.并讨论:

(1)在各条闭合曲线上,各点的磁感应强度B的大小是否相等?

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(2)在闭合曲线c上各点的B是否为零?为什么?

???解: ?B?dl?8?0

a??B?ba?dl??8?0 ?B?dl?0 ?c?(1)在各条闭合曲线上,各点B的大小不相等.

???C(2)在闭合曲线上各点B不为零.只是B的环路积分为零而非每点B?0.

题9-14图题9-15图

9-15 题9-15图中所示是一根很长的长直圆管形导体的横截面,内、外半径分别为a,b,导体内载有沿轴线方向的电流I,且I均匀地分布在管的横截面上.设导体的磁导率???0,试证明导体内部各点(a?r?b) 的磁感应强度的大小由下式给出:

r2?a2 B? 22r2?(b?a)解:取闭合回路l?2?r (a?r?b)

??则 ?B?dl?B2?r

?0Il?I?(?r∴ B?I 22?b??a?0I(r2?a2)2??a)222?r(b?a)2

9-16 一根很长的同轴电缆,由一导体圆柱(半径为a)和一同轴的导体圆管(内、外半径分别 为b,c)构成,如题9-16图所示.使用时,电流I从一导体流去,从另一导体流回.设电流都是均匀地分布在导体的横截面上,求:(1)导体圆柱内(r<a),(2)两导体之间(a<r<b),(3)导体圆筒内(b<r<c)以及(4)电缆外(r>c)各点处磁感应强度的大小

??解: ?B?dl??0?I

LIr2(1)r?a B2?r??02

RB?(2) a?r?b B2?r??0I

?0Ir 22?R?0I 2?rB?r2?b2??0I (3)b?r?c B2?r???0I22c?b?0I(c2?r2) B?2?r(c2?b2)(4)r?c B2?r?0

B?0

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题9-16图题9-17图

9-17 在半径为R的长直圆柱形导体内部,与轴线平行地挖成一半径为r的长直圆柱形空腔,两轴间距离为a,且a>r,横截面如题9-17图所示.现在电流I沿导体管流动,电流均匀分布在管的横截面上,而电流方向与管的轴线平行.求: (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.

解:空间各点磁场可看作半径为R,电流I1均匀分布在横截面上的圆柱导体和半径为r电流?I2均匀分布在横截面上的圆柱导体磁场之和. (1)圆柱轴线上的O点B的大小:

电流I1产生的B1?0,电流?I2产生的磁场

?0I2?0Ir2B2?? 222?a2?aR?r?0Ir2∴ B0?

2?a(R2?r2)(2)空心部分轴线上O?点B的大小:

??0, 电流I2产生的B2?0Ia?0Ia2???电流I1产生的B2

2?aR2?r22?(R2?r2)?0Ia??∴ B0 222?(R?r)题9-18图

9-18 如题9-18图所示,长直电流I1附近有一等腰直角三角形线框,通以电流I2,二者 共面.求△ABC的各边所受的磁力. 解: FAB???AB??I2dl?B

FAB?I2a?FAC?0I1?0I1I2a? 方向垂直AB向左 2?d2?d??C??I2dl?B 方向垂直AC向下,大小为

A?同理 FBC方向垂直BC向上,大小

FBc??dFAC??d?adI2dr?0I1?0I1I2d?a?ln 2?r2?dd?aI2dl?0I1 2?r∵ dl?word文档 可自由复制编辑

dr

cos45?

∴ FBC??d?aa?0I2I1dr?IId?a ?012ln2?rcos45?d2?题9-19图

?9-19 在磁感应强度为B的均匀磁场中,垂直于磁场方向的平面内有一段载流弯曲导线,电流为I,如题9-19图所示.求其所受的安培力.

?解:在曲线上取dl

???b则 Fab??Idl?B

a

∵ dl与B夹角?dl,B???????2?????bb∴ Fab??Idl?B?I(?dl)?B?Iab?B

aa不变,B是均匀的.

?方向⊥ab向上,大小Fab?BIab

题9-20图

9-20 如题9-20图所示,在长直导线AB内通以电流I1=20A,在矩形线圈CDEF中通有电流I2=10 A,AB与线圈共面,且CD,EF都与AB平行.已知a=9.0cm,b=20.0cm,d=1.0 cm,求:

(1)导线AB的磁场对矩形线圈每边所作用的力; (2)矩形线圈所受合力和合力矩.

? 解:(1)FCD方向垂直CD向左,大小

FCD?I2b?同理FFE方向垂直FE向右,大小

FFE?I2b?0I1?8.0?10?4 N 2?d?0I1?8.0?10?5 N

2?(d?a)?FCF方向垂直CF向上,大小为

d?a?II?IId?a012FCF??dr?012ln?9.2?10?5 N

d2?r2?d?FED方向垂直ED向下,大小为

FED?FCF?9.2?10?5N

?????(2)合力F?FCD?FFE?FCF?FED方向向左,大小为

合力矩M?Pm?B ∵ 线圈与导线共面

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???F?7.2?10?4N