第十一章 恒定电流的磁场

11–1 如图11-1所示，几种载流导线在平面内分布，电流均为I，求它们在O点处的磁感应强度B。

（1）高为h的等边三角形载流回路在三角形的中心O处的磁感应强度大小为 ，方向 。

（2）一根无限长的直导线中间弯成圆心角为120°，半径为R的圆弧形，圆心O点的磁感应强度大小为 ，方向 。

A A I O I I B C 120oO R D I E

B I （a）

C

（b）

图11–1

解：（1）如图11-2所示，中心O点到每一边的距离

1为OP?h，BC边上的电流产生的磁场在O处的磁感应

3强度的大小为

A ?IBBC?0(cos?1?cos?2)

4πd?I O I ?0I4πh/3(cos30??cos150?)?33?0I 4πh?1 B P I 图11–2

?2 C 方向垂直于纸面向外。

另外两条边上的电流的磁场在O处的磁感应强度的大小和方向都与BBC相同。因此O处的磁感应强度是三边电流产生的同向磁场的叠加，即

B?3BBC?333?0I93?0I? 4πh4πh方向垂直于纸面向外。

（2）图11-1（b）中点O的磁感强度是由ab，bcd，de三段载流导线在O点产生的磁感强度B1，B2和B3的矢量叠加。由载流直导线的磁感强度一般公式

?IB?0(cos?1?cos?2)

4πd可得载流直线段ab，de在圆心O处产生的磁感强度B1，B3的大小分别为

B1??I3) (cos0??cos30?)?0(1??2πR24??Rcos60)?I3) (cos150??cos180?)?0(1?2πR24πRcos60?122

?0IB3?B1??0I

方向垂直纸面向里。

半径为R，圆心角?的载流圆弧在圆心处产生的磁感强度的大小为

?I?B?0

4πR1圆弧bcd占圆的，所以它在圆心O处产生的磁感强度B2的大小为

32π?I0?I?3??0I B2?0?4πR4πR6R方向垂直纸面向里。

因此整个导线在O处产生的总磁感强度大小为

?I?I?I?I33B?B1?B2?B3?0(1?)?0(1?)?0?0.210

2πR22πR26RR方向垂直纸面向里。

11–2 载流导线形状如图所示（图中直线部分导线延伸到无穷远），求点O的磁感强度B。 图（a）中，Bo= 。 图（b）中，Bo= 。 图（c）中，Bo= 。

y y y R I z O I x R I z O I x R I z O x I （c）

（a） （b） 图11–3

?I?解：载流圆弧导线在圆心O处激发的磁感强度大小为B?0，式中?为载流圆弧导线所

4πR张的圆心角，R为圆弧的半径，I为所载电流强度。半无限长载流导线在圆心O处激发的磁

?I感强度大小为B?0，磁感强度的方向依照右手定则确定。图11–3（a）中O处的磁感应

4πR强度BO可视为由两段半无限长载流导线及载流半圆弧激发的磁场在空间点O的叠加，根据磁场的叠加原理，对于在图（a），有

?I?I?I?I?IBo??0j?0k?0j??0k?0j

4πR4R4πR4R2πR同样的方法可得

对于图（b），有

?I?I?I?I?I1Bo??0j?0k?0k??0(1?)k?0j

4πR4R4πR4Rπ4πR对于图（c），有

?I3?I?IBo??0j?0k?0i

4πR8R4πR

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11–3 已知磁感应强度B=2.0Wb/m2的均匀磁场，方向沿x轴正向，如图11-4所示，则通过abcd面的磁通量为 ，通过befc面的磁通量为 ，通过aefd面的磁通量为 。

解：匀强磁场B对S的磁通量为

????SB?dS?BSco?，s设各平面S的法线向外，则

40cm a 30cm y b 30cm e B O f x 50cm c 通过abcd面的磁通量为

?abcd?BScosπ??BS??2.0?0.4?0.3Wb

= ?0.24Wb

通过befc面的磁通量为

?befc?BScos?0

通过aefd面的磁通量为

π2z d 图11–4

?aefd?BScos??2.0?0.5?0.3?Wb= 0.24Wb

11–4 磁场中某点处的磁感应强度B=0.40i－0.20j（T），一电子以速度106i+1.0×106j（m/s）通过该点，则作用于该电子上的磁场力F= 。 v=0.50×

解：电子所受的磁场力为

F= ?e(v×B)=－1.6×10–19×（0.50×106i+1.0×106j）×(0.40i－0.20j)=8?10?14 k（N） 11–5 如图11-5所示，真空中有两圆形电流I1 和 I2 以及三个环路L1 L2 L3，则安培环路定理的表达式为

45?B?dl= ，?B?dl= ，

L1L2L2

L1

I1

I2

?B?dl= 。

L3解：由安培环路定理可得

??L1B?dl=??0I1；

L2

L3 图11–5

??L2B?dl=?0(I1?I2)；??L3B?dl=0。

11–6 一通有电流I的导线，弯成如图11-6所示的形大小为 ，方向为 。

I R O I

L B I

I

L y dF1y I d? R O B 状，放在磁感应强度为B的均匀磁场中，B的方向垂直纸面向里，则此导线受到的安培力

dF1 dF1x

? x I 图11–6

图11–7

解：建立如图11-7所示坐标系，导线可看成两段直导线和一段圆弧三部分组成，两段直导线所受安培力大小相等，方向相反，两力的矢量和叠加后为零。在半圆弧导线上任取一

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电流元Idl，所受安培力大小dF=Idl?B?IdlBsin90??IBdl，方向沿半圆的半径向外。将dF分解为dF?（垂直于x轴）和dF//（平行于x轴），由对称性可知，半圆弧导线所受安培力的水平分量相互抵消为零，即

F//?dF//?0

?其垂直分量

F??dF??dFsin??IBdlsin??BIRsin?d??2BIR

0方向沿y轴正方向。因此，整段导线所受安培力F=F??2BIR。方向沿y轴正方向。

11–7 图11-8中为三种不同的磁介质的B～H关系曲线，其中虚线表示的是B=?0H的关系，说明a、b、c各代表哪一类磁介质的B～H关系曲线：

a 代表 的B～H关系曲线； b代表 的B～H关系曲线； c代表 的B～H关系曲线。

答：对各向同性的均匀磁介质，顺磁质或抗磁质有，B=?0?rH，B与H成正比关系，?r为常数，因此曲线bc代表顺磁质或抗磁质。又因为顺磁质的?r >1，抗磁质的?r<1，所以顺磁质的曲线斜率较大，故可进一步判断曲线b代表顺磁质，曲线c代表抗磁质，曲线a中B与H成非线性关系，表明该

O 题11–8图

c H b B a ????π磁介质的?r随H发生变化，不是常数，这是铁磁质的性质，所以曲线a代表铁磁质。

11–8 一无限长圆柱体均匀通有电流I，圆柱体周围充满均匀抗磁质，与圆柱体表面相邻的介质表面上的磁化电流大小为I′，方向与I的方向相反。沿图11-9中所示闭合回路，则三个线积分的值分别为

??lH?dl? ，

I′ I I′ ??lB?dl? ，

??lM?dl? 。

解：由H的安培环路定理，得由B的安培环路定理，得由关系式H?B??lH?dl?I。

??lM?dl??I?。

图11–9

l ??lB?dl??0(I?I?)。

?0?M及上述二式，得

11–9 半径为R1的圆形载流线圈与边长为R2的正方形载流线圈，通有相同的电流I，若两线圈中心O1与O2的磁感应强度大小相同，则半径R1与边长R2之比为[ ]。

A．2π:8 B．

2π:4 C．2π:2 D．1:1

解：设两载流线圈中电流I的方向均为顺时针方向，半径为R1的圆形载流线圈在中心O1点产生的磁感应强度大小为

?IB1?0

2R1方向垂直纸面向里

边长为R2的正方形载流线圈在中心O2点产生的磁感应强度是各边在该点产生的磁感应强度的叠加，由于各段导线产生的磁感应强度方向相同，均为垂直纸面向里，所以O2点的

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