大學物理(第4版)主編趙近芳-第10章課后答案

1、習題10 10.1選擇題(1) 對于安培環(huán)路定理的理解，正確的是：（A）若環(huán)流等于零，則在回路L上必定是H處處為零； （B）若環(huán)流等于零，則在回路L上必定不包圍電流；（C）若環(huán)流等于零，則在回路L所包圍傳導電流的代數和為零；（D）回路L上各點的H僅與回路L包圍的電流有關。答案：C(2) 對半徑為R載流為I的無限長直圓柱體，距軸線r處的磁感應強度B（）（A）內外部磁感應強度B都與r成正比； （B）內部磁感應強度B與r成正比，外部磁感應強度B與r成反比；（C）內外部磁感應強度B都與r成反比；（D）內部磁感應強度B與r成反比，外部磁感應強度B與r成正比。答案：B(3）質量為m電量為q的粒子，以速率v

2、與均勻磁場B成角射入磁場，軌跡為一螺旋線，若要增大螺距則要（）（A） 增加磁場B；（B）減少磁場B；（C）增加角；（D）減少速率v。答案：B(4）一個100匝的圓形線圈，半徑為5厘米，通過電流為0.1安，當線圈在1.5T的磁場中從=0的位置轉到180度（為磁場方向和線圈磁矩方向的夾角）時磁場力做功為（）（A）0.24J；（B）2.4J；（C）0.14J；（D）14J。答案：A10.2 填空題(1)邊長為a的正方形導線回路載有電流為I，則其中心處的磁感應強度 。答案：，方向垂直正方形平面(2)計算有限長的直線電流產生的磁場 用畢奧薩伐爾定律，而 用安培環(huán)路定理求得（填能或不能）。答案：能, 不能

3、(3)電荷在靜電場中沿任一閉合曲線移動一周，電場力做功為 。電荷在磁場中沿任一閉合曲線移動一周，磁場力做功為 。答案：零，零(4)兩個大小相同的螺線管一個有鐵心一個沒有鐵心，當給兩個螺線管通以 電流時，管內的磁力線分布相同，管內的磁感線分布將 。答案：相同，不相同10.3 在同一磁感應線上，各點的數值是否都相等?為何不把作用于運動電荷的磁力方向定義為磁感應強度的方向?解: 在同一磁感應線上，各點的數值一般不相等因為磁場作用于運動電荷的磁力方向不僅與磁感應強度的方向有關，而且與電荷速度方向有關，即磁力方向并不是唯一由磁場決定的，所以不把磁力方向定義為的方向題10.3圖10.4 (1)在沒有電流的

4、空間區(qū)域里，如果磁感應線是平行直線，磁感應強度的大小在沿磁感應線和垂直它的方向上是否可能變化(即磁場是否一定是均勻的)?(2)若存在電流，上述結論是否還對? 解: (1)不可能變化，即磁場一定是均勻的如圖作閉合回路可證明 （2）若存在電流，上述結論不對如無限大均勻帶電平面兩側之磁力線是平行直線，但方向相反，即. 10.5 用安培環(huán)路定理能否求有限長一段載流直導線周圍的磁場?答: 不能，因為有限長載流直導線周圍磁場雖然有軸對稱性，但不是穩(wěn)恒電流，安培環(huán)路定理并不適用10.6 在載流長螺線管的情況下，我們導出其內部，外面=0，所以在載流螺線管外面環(huán)繞一周(見題10.6圖)的環(huán)路積分d=0但從安培環(huán)

5、路定理來看，環(huán)路L中有電流I穿過，環(huán)路積分應為 d=這是為什么?解: 我們導出,有一個假設的前提，即每匝電流均垂直于螺線管軸線這時圖中環(huán)路上就一定沒有電流通過，即也是，與是不矛盾的但這是導線橫截面積為零，螺距為零的理想模型實際上以上假設并不真實存在，所以使得穿過的電流為，因此實際螺線管若是無限長時，只是的軸向分量為零，而垂直于軸的圓周方向分量,為管外一點到螺線管軸的距離題 10.6 圖10.7 如果一個電子在通過空間某一區(qū)域時不偏轉，能否肯定這個區(qū)域中沒有磁場?如果它發(fā)生偏轉能否肯定那個區(qū)域中存在著磁場?解：如果一個電子在通過空間某一區(qū)域時不偏轉，不能肯定這個區(qū)域中沒有磁場，也可能存在互相垂直

6、的電場和磁場，電子受的電場力與磁場力抵消所致如果它發(fā)生偏轉也不能肯定那個區(qū)域存在著磁場，因為僅有電場也可以使電子偏轉 10.8 已知磁感應強度 Wb/m2的均勻磁場，方向沿軸正方向，如題9-6圖所示試求：(1)通過圖中面的磁通量；(2)通過圖中面的磁通量；(3)通過圖中面的磁通量解： 如題10.8圖所示題10.8圖(1)通過面積的磁通是(2)通過面積的磁通量(3)通過面積的磁通量 (或)題10.9圖10.9 如題10.9圖所示，、為長直導線，為圓心在點的一段圓弧形導線，其半徑為若通以電流，求點的磁感應強度解：如題10.9圖所示，點磁場由、三部分電流產生其中產生 產生，方向垂直向里段產生 ，方向

7、向里，方向垂直向里10.10 在真空中，有兩根互相平行的無限長直導線和，相距0.1m，通有方向相反的電流，=20A,=10A，如題10.10圖所示，兩點與導線在同一平面內這兩點與導線的距離均為5.0cm試求，兩點處的磁感應強度，以及磁感應強度為零的點的位置題10.10圖解：如題10.10圖所示,方向垂直紙面向里(2)設在外側距離為處則 解得 題10.11圖10.11 如題10.11圖所示，兩根導線沿半徑方向引向鐵環(huán)上的，兩點，并在很遠處與電源相連已知圓環(huán)的粗細均勻，求環(huán)中心的磁感應強度解： 如題10.11圖所示，圓心點磁場由直電流和及兩段圓弧上電流與所產生，但和在點產生的磁場為零。且.產生方向

8、紙面向外，產生方向紙面向里 有 10.12 在一半徑=1.0cm的無限長半圓柱形金屬薄片中，自上而下地有電流=5.0 A通過，電流分布均勻.如題10.12圖所示試求圓柱軸線任一點處的磁感應強度 題10.12圖解：因為金屬片無限長，所以圓柱軸線上任一點的磁感應強度方向都在圓柱截面上，取坐標如題10.12圖所示，取寬為的一無限長直電流，在軸上點產生與垂直，大小為 10.13 氫原子處在基態(tài)時，它的電子可看作是在半徑=0.5210-8cm的軌道上作勻速圓周運動，速率=2.2108 cm/s求電子在軌道中心所產生的磁感應強度和電子磁矩的值解：電子在軌道中心產生的磁感應強度如題10.13圖，方向垂直向里

9、，大小為 電子磁矩在圖中也是垂直向里，大小為 題10.13圖 題10.14圖10.14 兩平行長直導線相距=40cm，每根導線載有電流=20A，如題10.14圖所示求：(1)兩導線所在平面內與該兩導線等距的一點處的磁感應強度；(2)通過圖中斜線所示面積的磁通量(=10cm,=25cm) 解：(1) T方向紙面向外(2)取面元10.15 一根很長的銅導線載有電流10A，設電流均勻分布.在導線內部作一平面，如題10.15圖所示試計算通過S平面的磁通量(沿導線長度方向取長為1m的一段作計算)銅的磁導率.解：由安培環(huán)路定律求距圓導線軸為處的磁感應強度 題 10.15 圖磁通量 10.16 設題10.1

10、6圖中兩導線中的電流均為8A，對圖示的三條閉合曲線,，分別寫出安培環(huán)路定理等式右邊電流的代數和并討論：(1)在各條閉合曲線上，各點的磁感應強度的大小是否相等?(2)在閉合曲線上各點的是否為零?為什么?解： (1)在各條閉合曲線上，各點的大小不相等 (2)在閉合曲線上各點不為零只是的環(huán)路積分為零而非每點題10.16圖題10.17圖10.17 題10.17圖中所示是一根很長的長直圓管形導體的橫截面，內、外半徑分別為,，導體內載有沿軸線方向的電流，且均勻地分布在管的橫截面上設導體的磁導率，試證明導體內部各點 的磁感應強度的大小由下式給出： 解：取閉合回路 則 10.18 一根很長的同軸電纜，由一導體

11、圓柱(半徑為)和一同軸的導體圓管(內、外半徑分別為,)構成，如題10.18圖所示使用時，電流從一導體流去，從另一導體流回設電流都是均勻地分布在導體的橫截面上，求：(1)導體圓柱內(),(2)兩導體之間()，（3）導體圓筒內()以及(4)電纜外()各點處磁感應強度的大小解： (1) (2) (3) (4) 題10.18圖題10.19圖10.19 在半徑為的長直圓柱形導體內部，與軸線平行地挖成一半徑為的長直圓柱形空腔，兩軸間距離為,且，橫截面如題10.19圖所示現(xiàn)在電流I沿導體管流動，電流均勻分布在管的橫截面上，而電流方向與管的軸線平行求：(1)圓柱軸線上的磁感應強度的大??；(2)空心部分軸線上的

12、磁感應強度的大小解：空間各點磁場可看作半徑為，電流均勻分布在橫截面上的圓柱導體和半徑為電流均勻分布在橫截面上的圓柱導體磁場之和 (1)圓柱軸線上的點的大?。弘娏鳟a生的，電流產生的磁場 (2)空心部分軸線上點的大小：電流產生的，電流產生的 題10.20圖10.20 如題10.20圖所示，長直電流附近有一等腰直角三角形線框，通以電流，二者共面求的各邊所受的磁力解： 方向垂直向左 方向垂直向下，大小為同理 方向垂直向上，大小 題10.21圖10.21 在磁感應強度為的均勻磁場中，垂直于磁場方向的平面內有一段載流彎曲導線，電流為，如題10.21圖所示求其所受的安培力解：在曲線上取則 與夾角，不變，是均

13、勻的 方向向上，大小題10.22圖10.22 如題10.22圖所示，在長直導線內通以電流=20A，在矩形線圈中通有電流=10 A，與線圈共面，且，都與平行已知=9.0cm,=20.0cm,=1.0 cm，求：(1)導線的磁場對矩形線圈每邊所作用的力；(2)矩形線圈所受合力和合力矩 解：(1)方向垂直向左，大小 同理方向垂直向右，大小 方向垂直向上，大小為 方向垂直向下，大小為(2)合力方向向左，大小為合力矩 線圈與導線共面 題10.23圖10.23 邊長為=0.1m的正三角形線圈放在磁感應強度=1T 的均勻磁場中，線圈平面與磁場方向平行.如題10.23圖所示，使線圈通以電流=10A，求：(1)

14、 線圈每邊所受的安培力；(2) 對軸的磁力矩大?。?3)從所在位置轉到線圈平面與磁場垂直時磁力所作的功解： (1) 方向紙面向外，大小為 方向紙面向里，大小 (2) 沿方向，大小為 (3)磁力功 10.24 一正方形線圈，由細導線做成，邊長為，共有匝，可以繞通過其相對兩邊中點的一個豎直軸自由轉動現(xiàn)在線圈中通有電流，并把線圈放在均勻的水平外磁場中，求線圈磁矩與磁場的夾角為時，線圈受到的轉動力矩.解：由線圈所受磁力矩得到10.25 一長直導線通有電流20A，旁邊放一導線，其中通有電流=10A，且兩者共面，如題10.25圖所示求導線所受作用力對點的力矩解：在上取，它受力向上，大小為對點力矩方向垂直紙

15、面向外，大小為 題10.25圖10.26 電子在=7010-4T的勻強磁場中作圓周運動，圓周半徑=3.0cm已知垂直于紙面向外，某時刻電子在點，速度向上，如題10.26圖(1) 試畫出這電子運動的軌道；(2) 求這電子速度的大??；(3)求這電子的動能題10.26圖 解：(1)軌跡如圖(2) (3) 10.27 一電子在=2010-4T的磁場中沿半徑為=2.0cm的螺旋線運動，螺距h=5.0cm，如題10.27圖(1)求這電子的速度；(2)磁場的方向如何? 解: (1) 題10.27 圖 (3) 磁場的方向沿螺旋線軸線或向上或向下，由電子旋轉方向確定10.28 在霍耳效應實驗中，一寬1.0cm，

16、長4.0cm，厚1.010-3cm的導體，沿長度方向載有3.0A的電流，當磁感應強度大小為=1.5T的磁場垂直地通過該導體時，產生1.010-5V的橫向電壓試求：(1) 載流子的漂移速度；(2) 每立方米的載流子數目 解: (1) 為導體寬度， (2) 10.29 兩種不同磁性材料做成的小棒，放在磁鐵的兩個磁極之間，小棒被磁化后在磁極間處于不同的方位，如題10.29圖所示試指出哪一個是由順磁質材料做成的，哪一個是由抗磁質材料做成的?解: 見題10.29圖所示.題10.29圖題10.30圖10.30 題10.30圖中的三條線表示三種不同磁介質的關系曲線，虛線是=關系的曲線，試指出哪一條是表示順磁質?哪一條是表示抗磁質?哪一條是表示鐵磁質?答: 曲線是順磁質，曲線是抗磁質，曲線是鐵磁質10.31 螺繞環(huán)中心周長=10cm，環(huán)上線圈匝數=200匝，線圈中通有電流=100 mA(1)當管內是真空時，求管中心的磁場強度和磁感應強度；(2)若環(huán)內充滿相對磁導率=4200的磁性物質，則管內的和各是多少?*(3)磁性物質中心處由導線中傳導電流產生的和由磁化電流產生的各是多少?解: (1) (2) (3)由傳導電流產生的即(1)中的由磁化電流產生