题目
一细铁环的平均半径R,现用漆包线(表面绝缘的导线)在铁环上均匀地绕有N匝线圈。当线圈中通以电流I时,测得铁环内磁感应强度的大小B,则铁环内磁化强度M的大小()A. B div ( mu _0)-NI div 2pi R B. B div ( mu _0)+NI div 2pi R C. B- mu _0 NI div 2pi R D. mu _0 NI div 2pi R+B
一细铁环的平均半径R,现用漆包线(表面绝缘的导线)在铁环上均匀地绕有N匝线圈。当线圈中通以电流I时,测得铁环内磁感应强度的大小B,则铁环内磁化强度M的大小()
A. $$ B \div { \mu \_0}-NI \div 2\pi R $$
B. $$ B \div { \mu \_0}+NI \div 2\pi R $$
C. $$ B- \mu \_0\ \ NI \div 2\pi R $$
D. $$ \mu \_0\ \ NI \div 2\pi R+B $$
题目解答
答案
A. $$ B \div { \mu \_0}-NI \div 2\pi R $$
解析
本题考查磁场中的磁化强度计算,核心在于理解磁感应强度B、磁场强度H、磁化强度M三者的关系,以及安培环路定理的应用。关键点如下:
- 公式关联:总磁感应强度$B$由外磁场$H$和磁化强度$M$共同决定,满足$B = \mu_0 (H + M)$。
- 线圈产生的磁场:均匀绕制的线圈在铁环内产生的磁场$H$可通过安培环路定理计算,即$H = \frac{NI}{2\pi R}$。
- 公式变形:将$H$代入$B = \mu_0 (H + M)$,解出$M$的表达式。
步骤1:计算线圈产生的磁场$H$
根据安培环路定理,闭合路径的磁场环量等于线圈总电流:
$\oint H \cdot dl = NI$
对于半径为$R$的圆形路径,磁场$H$大小恒定,故:
$H \cdot 2\pi R = NI \quad \Rightarrow \quad H = \frac{NI}{2\pi R}$
步骤2:关联$B$、$H$、$M$
总磁感应强度$B$与$H$、$M$的关系为:
$B = \mu_0 (H + M)$
将$H = \frac{NI}{2\pi R}$代入,解得:
$M = \frac{B}{\mu_0} - H = \frac{B}{\mu_0} - \frac{NI}{2\pi R}$
步骤3:匹配选项
对比选项,A选项的表达式$\frac{B}{\mu_0} - \frac{NI}{2\pi R}$与推导结果一致。