普通物理学第五版普通物理学第五版11磁场课后习题答案讲课教案.ppt
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1、普通物理学第五版普通物理学第五版11磁场课后习题答案160qBSm20=410-5 T已知:已知:求:求:解:解:(1).=B Scos=BS600=410-51 0.5=210-5 Wbcos=BS3003=410-51 23.4610-5 Wb=3.4610-5 Wb=.=B S(2)目录目录结束 11-2 设一均匀磁场沿设一均匀磁场沿x 轴正方向轴正方向,其磁其磁感应强度值感应强度值B=1 Wb/m2。求:在下列情况。求:在下列情况下,穿过面积为下,穿过面积为2m2的平面的磁通量。的平面的磁通量。(1)面积与)面积与 yz 平面平行;平面平行;(2)面积与)面积与 xz 平面平行;平面平
2、行;(3)面积与)面积与 y 轴轴平行又与平行又与 x 轴成轴成450角。角。目录目录结束12=2Wb求:求:已知:已知:2BSm2=1 Wb/m2cos=BS900解:解:(1)yz=.B S=BS(2)xz=.B Scos=BS450(3)y=.B S2=212=1.41Wbxzyn450目录目录结束 11-3 一边长为一边长为l=0.15m 的立方体如图的立方体如图放置,有一均匀磁场放置,有一均匀磁场B=(6i+3j+1.5k)T通过立方体所在区域,计算通过立方体所在区域,计算(1)通过立方体上阴影面积的磁通量;)通过立方体上阴影面积的磁通量;(2)通过立方体六面的总通量。)通过立方体六
3、面的总通量。xyzBloll目录目录结束0.135Wb=已知:已知:l=0.15m B=(6i+3j+1.5k)T=.B S解:解:(1)B=(6i+3j+1.5k)20.15 i=2l i=S.()=(6i+3j+1.5k)20.15 i(2)=0求:求:xyzBloll目录目录结束 11-4 两根长直导线互相平行地放置在两根长直导线互相平行地放置在真空中,如图所示,其中通以同向的电流真空中,如图所示,其中通以同向的电流 I1=I2=10A。试求:试求:P点的磁感应强度。点的磁感应强度。已知已知 PI1=PI2=0.5m,PI1垂直于垂直于PI2。I1I2P目录目录结束解:解:1PB=2PB
4、求:求:PB=m20a1I=+PB1PB2PB22=21PB10=2410-7 20.50=5.6610-6 T=qarc tg1PB2PB4500.5m=已知:已知:1I2I10AP1I2IPa I1I2Paa2PB2PBPB目录目录结束 11-5 如图所示的被折成钝角的长导线如图所示的被折成钝角的长导线中通有中通有20A的电流。求:的电流。求:A点的磁感应强度。点的磁感应强度。设设 d=2cm,a=1200APOdQaI目录目录结束=1.7310-4 T 20AId=已知:已知:=2cma1200求:求:AB解:解:=+OPBOQBAB=0OPB()=sinr2Im40sin1OQB()=
5、410-720410-22.00.86112APOdQaI目录目录结束 11-6 高为高为 h 的等边三角形的回路载有的等边三角形的回路载有电流电流 I,试求:该三角形的中心处的磁感应,试求:该三角形的中心处的磁感应强度。强度。O.III目录目录结束解:解:3hr=()=sinr2Im40sin11B3+()=sinhIm401B3sin333=hIm40=0B1B339=hIm40已知:已知:hI求:求:0BO.III目录目录结束 11-7 一正方形的线圈边长为一正方形的线圈边长为 l,载有电,载有电流流 I (1)求线圈轴线上离线圈中心为)求线圈轴线上离线圈中心为 x 处的处的磁感应强度;
6、磁感应强度;(2)如果)如果 l=8.0cm,I=5.0A,x=10cm,则则 B 值是多少?值是多少?xlIP.目录目录结束xlIPab.qB1c2qqqaB1l已知:已知:I,l,x求:求:BP解:解:ax2=+4l2bx2+c2=x2+=2l22lc=2.=2lb=2lx2+2l2sin2=sin2目录目录结束ax2=+4l2=2lx2+2l2sin2=sin2由上面得到:由上面得到:()=sina2Im40sin11Bx2+4l2=Im4012lx2+2l22x2+4l2=Im40lx2+2l2.目录目录结束qqaB1l1Bx2+4l2=Im40lx2+2l2.=sin4B1Bq=4x
7、2+4l2Im40lx2+2l2.x2+4l22l24x2+4l2Im0l2()x2+4l2=sinq2la=x2+4l22l目录目录结束=4.810-6 T =4410-75(810-2)2(0.04+0.0064)(0.04+0.128)1/2=sin4B1Bq24x2+4l2Im0l2()x2+4l2=目录目录结束 11-8 如图所示,一无限长直导线,其如图所示,一无限长直导线,其中部被弯成半圆环形状,环的半径中部被弯成半圆环形状,环的半径 r=10cm,当导线中通有电流,当导线中通有电流4A时,求:时,求:(1)环心)环心O处的磁感应强度;处的磁感应强度;(2)垂直于环面的轴线上距)垂
8、直于环面的轴线上距O点为点为40cm处处 P 点的磁感应强度。点的磁感应强度。Pro目录目录结束4BIam0 0=410-74.040.10=1.2610-5 TIIaO解解:(1)目录目录结束4rdlI3dB=roqIkjsincosdl=+dldlqIIad=qqkjsincos+aqdqIIxri+qkjsincos=aaq (2)先计算半圆形部先计算半圆形部分电流在分电流在P点的磁场点的磁场IzxrydlxqqcosaqqqsinaaIPO目录目录结束4rdlI3dB=roIdlad=qqkjsincos+aqdqIIxri+qkjsincos=aaq=4rI3oadqqkjsinco
9、saqdqixqsincosaaq0qsincosaaqxdqdqxkj+adqqsincosaqdq2222()i=4rI3o=dBxdBydBzkji+目录目录结束adqqsincosaqdq2222()=4rI3odBxadqqsincosqdq2224rI3oBx=2222+2qsin cos+21qq22a24rI3o=2qsin cos21qq22a24rI3o2a24rI3o=2+a24rI3o=a2+x232a24Io=-1.7910-7 T目录目录结束sinaqxdq=4rI3odByxa4rI3oBy=22sinqdq0=cosaqxdq=4rI3odBzxa4rI3oBz
10、=22cosqdq=xa4rI3o2xaIoa2+x2322=-4.510-7 T目录目录结束a=sin1x2+a21900=sin2sin再计算两半无限长再计算两半无限长直线电流的磁场直线电流的磁场B.zx1yPxaIx=By=0Bz()=sinx2Im40sin1B=B2=xIm20ax2+a21()15.210-7 T=目录目录结束PB=xB izBzB+k=1.7910-7i4.510-7 15.210-7+k=1.7910-7i19.710-7k1.7910-7 TzBx=By=0BxB4.510-7 TzB15.210-7 T=yB=0由前面得到由前面得到:BP=19.810-7
11、T=5.70a=xBzBzB+atc tg目录目录结束 11-9 两根长直导线沿半径方向引到铁环两根长直导线沿半径方向引到铁环上上A、B 两点,并与很远的电源相连,如图两点,并与很远的电源相连,如图所示。求:环中心的磁感应强度。所示。求:环中心的磁感应强度。ABIIO目录目录结束解:解:BI10dlm40r2=1l1=I1I2R2R1l2l10=B=B1B2BI20dlm40r2=2l2ABIOIl21l21I l=I21l21目录目录结束 11-10 一段导线先弯成图一段导线先弯成图(a)所示的形所示的形状,然后将同样长的导线再弯成图状,然后将同样长的导线再弯成图(b)所示所示的形状。当导线
12、中通以电流的形状。当导线中通以电流 I 后,求:后,求:P1和和P2两点磁感应强度之比两点磁感应强度之比B1/B2。P1P12llllII(a)(b)目录目录结束=2Ilm02=IRm404=RlB1=B22Ilm02IRm40解:解:()=sinl2Im40sin11B4=sinlIm0450B2=900sinR2Idlm40=R2Idlm40R0P1P12llllII(a)(b)4=Rl82=2目录目录 11-11 一密绕的圆形线圈,直径是一密绕的圆形线圈,直径是0.4m,线圈中通有电流,线圈中通有电流 2.5A 时,在线圈中心时,在线圈中心处的处的 B=1.2610-4 T。问线圈有多少
13、匝?。问线圈有多少匝?目录目录结束解:解:2BNRIm0=2 BNRIm0=16=2 0.21.2610-4410-72.5匝匝目录目录结束 11-12 A和和B为两个正交放置的圆形线为两个正交放置的圆形线圈,其圆心相重合。圈,其圆心相重合。A线圈半径线圈半径 RA=0.2m,NA=10匝,通有电流匝,通有电流 IA=10A。B线圈半径线圈半径为为RB=0.1m,NB=20匝。通有电流匝。通有电流IB=5A。求两线圈公共中心处的磁感应强度。求两线圈公共中心处的磁感应强度。IA IB目录目录结束解:解:2m0=NARABAIA=1010410-7 20.2=31.410-5 T 2m0=NBRA
14、BBIB=205410-7 20.1=6.2810-5 T=+BBA2BB2=7.010-4 T=qarc tgBaBB26.60目录目录结束 11-13 电流均匀地流过宽度为电流均匀地流过宽度为 b 的无限的无限长平面导体薄板,电流为长平面导体薄板,电流为 I,沿板长方向流,沿板长方向流动。求:动。求:IPbb.(1)在薄板平面内,)在薄板平面内,距板的一边为距板的一边为 b 的的 P点处的磁感应强度;点处的磁感应强度;目录目录结束解:解:(1)Ibd=Ixd2xm0Bd=Id2bm0=Ixxd2B2bm0=Ixxdbb=2bm0Iln2IPbb.xxd目录目录结束(2)通过板的中线并与板面
15、垂直的直线)通过板的中线并与板面垂直的直线上一点上一点Q 处的磁感应强度,处的磁感应强度,Q 点到板面的距点到板面的距离为离为x。Qxb2b2I.目录目录结束xyIqrxyoIdBdqIbd=Iyd2rm0Bd=Idbxsec=Iyd2m0q(2)解:解:qxsec=bIyd2m0By=B=Bydcosq=qxsecbIyd2m02由对称性由对称性Bx=0目录目录结束ByB=Bydcosq=qxsecbIyd2m02y=xtgq=ydqsec2xdq=bI2m0dqarctgxb2arctgxb2=bIm0arctgxb2B=qxsecbIyd2m02目录目录结束 11-14 在半径在半径 R
16、=1cm 的的“无限长无限长”的半圆柱形金属薄片中,有电流的半圆柱形金属薄片中,有电流 I=5A 自自下而上通过。如图所示。试求:圆柱轴线下而上通过。如图所示。试求:圆柱轴线上一点上一点 P 的磁感应强度。的磁感应强度。IP目录目录结束qId=IdBxcosBd=Bq22Idm20=BdRm=I20R2qd=Im20R2qdcosq22=Im02R解:解:y=B0由对称性由对称性xy.qddlBdqPqR目录目录结束 11-15 半径为半径为R的木球上绕有细导线,的木球上绕有细导线,所绕线圈很紧密,相邻的线圈彼此平行地所绕线圈很紧密,相邻的线圈彼此平行地靠着,以单层盖住半个球面,共有靠着,以单
17、层盖住半个球面,共有N 匝。匝。如图所示。设导线中通有电流如图所示。设导线中通有电流 I。求:在。求:在球心球心O处的磁感应强度。处的磁感应强度。2R目录目录结束2Iy2()+m0Bd=x23 2y2Nd解:解:qNdNd=2=yRcosqRsinq=x=qNdIy2()+m0 x23 2y2+=qNdI()m03 2R cosq R cosR sinqq222222=qNdIm0cosq R22=BqNdIm0cosq R20=NIm0R4xyxyqdqoR目录目录结束 11-16 一个塑料圆盘,半径为一个塑料圆盘,半径为 R,电荷,电荷q 均匀分布在表面均匀分布在表面,圆盘绕通过圆心垂直盘
18、,圆盘绕通过圆心垂直盘面的轴转动,角速度为面的轴转动,角速度为。求:圆盘中心处。求:圆盘中心处的磁感应强度。的磁感应强度。Rq目录目录结束2 rqd=rdm0Bd=2rIdnId=qdBrdnm0=0R=nm0R=rdnm02 r=rdn2=Rq解:解:n=2=m0R2qRdrr目录目录结束 11-17 两平行直长导线相距两平行直长导线相距d=40 cm,每每根导线载有电流根导线载有电流 I1=I2=20 A 电流流向如图所电流流向如图所示。求示。求:(1)两导线所在平面内与该两导线等距的一两导线所在平面内与该两导线等距的一点点 A 处的磁感应强度;处的磁感应强度;(2)通过图中斜线所示面通过
19、图中斜线所示面积的磁通量积的磁通量.(r1=r3=10cm,l=25cm)I2lr3r2r1I1A.目录目录结束解解(1):AB=+1AB2AB2Id1()m0AB=22Id1m0=2=2410-720 4010-2=4.010-5 T目录目录结束解解(2):.B dSS=2Ixrxld11()=+m02Ix2m0dr2r11=I1m0llnd r1r=2.210-6Wb410-7202510-2 3010-21010-2=lnI2lr3r2r1I1x d xxd目录目录结束 11-18 一根很长的铜导线,载有电流一根很长的铜导线,载有电流10A,在导线内部通过中心线作一平面在导线内部通过中心
20、线作一平面 S 如图如图所示。试计算通过导线所示。试计算通过导线1m长的长的 S平面内的磁平面内的磁感应通量。感应通量。IS目录目录结束0Bl d=Rx=2RIx2m0l0dRx=4Im0l=410-71014解:解:2RI x2=m0B1.010-6Wb=目录目录结束 11-19 如图所示的空心柱形导体,半径如图所示的空心柱形导体,半径分别为分别为R1和和 R2,导体内载有电流,导体内载有电流 I,设电流设电流均匀分布在导体的横截面上。求证导体内部均匀分布在导体的横截面上。求证导体内部各点各点(R1r R2)的磁感应强度的磁感应强度B由下式给出;由下式给出;试以试以 R1=0 的极限情形的极
21、限情形来检验这个公式,来检验这个公式,r=R2时又怎样?时又怎样?2BRIm20()=2R12r()2R12rR1R2r.目录目录结束=RI2()2R12()=2Brm0r2R122r=B()r2R12R2()2R12Im02=BrR22Im0=B2 R2Im0=m0RI2()2R12()r2R120=R1当当=R2r当当为实心圆柱体内为实心圆柱体内部的磁感应强度部的磁感应强度为圆柱体表面为圆柱体表面的磁感应强度的磁感应强度R2R1r.解:解:=.B dlLIm0目录目录 11-20 有一根很长的同轴电缆,由一圆有一根很长的同轴电缆,由一圆柱形导体和一同轴圆筒状导体组成,圆柱的柱形导体和一同轴
22、圆筒状导体组成,圆柱的半径为半径为R1,圆筒的内外半径分别为,圆筒的内外半径分别为R1和和 R2,如图所示。在这两导体中,载有大小相等而如图所示。在这两导体中,载有大小相等而方向相反的电流方向相反的电流 I,电流均匀分布在各导体,电流均匀分布在各导体的截面上。的截面上。R1R3R2II(1)求圆柱导体内各点求圆柱导体内各点(r R1)的磁感应强度的磁感应强度;(2)求两导体之间求两导体之间(R2r R3)各点的各点的B。目录目录结束2=1R2Im0Br1rR1R22=rIm0B2rR2R3解:解:r B4=0R3R2R1目录目录结束 11-21 在半径为在半径为R的无限长金属圆柱体内挖的无限长
23、金属圆柱体内挖去一半径为去一半径为 r 无限长圆柱体,两圆柱体的轴线平无限长圆柱体,两圆柱体的轴线平行,相距为行,相距为 d,如图所示。今有电流沿空心柱体的如图所示。今有电流沿空心柱体的的轴线方向流动,电流的轴线方向流动,电流 I 均匀分布在空心柱体的均匀分布在空心柱体的横截面上。横截面上。(1)分别求圆柱轴线上和分别求圆柱轴线上和空心部分轴线上的磁感应空心部分轴线上的磁感应强度的大小;强度的大小;(2)当当R=1.0cm,r=0.5mm,d=5.0mm,和和I=31A,计算上述两处磁感应强度的计算上述两处磁感应强度的值。值。aRdrOO目录目录结束解解(1):.Rdroo 运用运用补偿法补偿
24、法解题:令小解题:令小圆柱体通有等量反向电流,圆柱体通有等量反向电流,电流密度和大柱体相同。电流密度和大柱体相同。O点的磁场等于大柱体电流点的磁场等于大柱体电流(横截面上全部通有电流)的磁场和小柱体(横截面上全部通有电流)的磁场和小柱体反向电流磁场的叠加。反向电流磁场的叠加。大柱体的电流在大柱体的电流在O点的磁感应强度为零,点的磁感应强度为零,所以所以O点的磁场等于小柱体反向电流在点的磁场等于小柱体反向电流在O点点所产生的磁场。所产生的磁场。设设O点的磁感应强度为点的磁感应强度为B0目录目录结束=RI()2r2=Ir2=RI()2r2r20.B dlL=Im02 d=0BR()2r2r2Im0
25、2 d=0BR()2r2r2Im0设小圆柱体中的电流为设小圆柱体中的电流为I.Rdroo0.00052=4 10-7310.00522()0.0123.110-6 T=目录目录结束0.B dlL=Im0 =Id2I=R()2r2d20B2 d=R2r2d2Im0()0B2=R2r2dIm0 小圆柱体的电流在小圆柱体的电流在O 点的磁感应强度为零,点的磁感应强度为零,磁场。磁场。所以所以O 的磁场等于大圆柱体电流在该点的的磁场等于大圆柱体电流在该点的设该点的磁感应强度为设该点的磁感应强度为0B.Rdroo半径为半径为d 的环路中的电流为:的环路中的电流为:0.00052=4 10-7310.00
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