题目
[题目]-|||-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.-|||-③

题目解答
答案

解析
本题考查载流导线在空间某点产生的磁场的叠加计算,核心思路是将导线分解为圆弧段和半无限长直导线两部分,分别计算它们在点O的磁感强度,再根据矢量叠加原理求和。
关键知识点:
- 圆弧载流导线在圆心处的磁场公式:$B_{\text{arc}} = \dfrac{\mu_0 I \alpha}{4\pi R}$,其中$\alpha$为圆心角(弧度制)。
- 半无限长直导线在距离为$R$处的磁场公式:$B_{\text{straight}} = \dfrac{\mu_0 I}{4\pi R}$。
- 磁场方向的判断:通过右手螺旋定则确定各部分磁场方向,注意两部分磁场方向可能相反。
步骤1:分解导线结构
导线由四分之一圆弧段($\alpha = \dfrac{\pi}{2}$)和半无限长直导线段组成。
步骤2:计算圆弧段的磁场
根据公式:
$B_{\text{arc}} = \dfrac{\mu_0 I \cdot \dfrac{\pi}{2}}{4\pi R} = \dfrac{\mu_0 I}{8R}$
方向:由右手螺旋定则,圆弧段电流在O点产生的磁场方向垂直纸面向外。
步骤3:计算半无限长直导线的磁场
根据公式:
$B_{\text{straight}} = \dfrac{\mu_0 I}{4\pi R}$
方向:直导线电流方向与圆弧段不同,其在O点产生的磁场方向垂直纸面向内。
步骤4:矢量叠加
两部分磁场方向相反,总磁场为:
$B_{\text{总}} = B_{\text{arc}} - B_{\text{straight}} = \dfrac{\mu_0 I}{8R} - \dfrac{\mu_0 I}{4\pi R}$
步骤5:化简表达式
提取公因子$\dfrac{\mu_0 I}{4\pi R}$:
$B_{\text{总}} = \dfrac{\mu_0 I}{4\pi R} \left( \dfrac{\pi}{2} - 1 \right)$