题目
(单选题)有一长为l截面积为A的载流长螺线管绕有N匝线圈,设电流为I,则螺线管内的磁场能量近似为A. mu _0AI^2N^2/l^2B. mu _0AI^2N^2/(2l^2)C. mu _0AIN^2/l^2D. mu _0AI^2N^2/(2l)
(单选题)有一长为$l$截面积为A的载流长螺线管绕有N匝线圈,设电流为$I$,则螺线管内的磁场能量近似为
A. $\mu _0AI^2N^2/l^2$
B. $\mu _0AI^2N^2/(2l^2)$
C. $\mu _0AIN^2/l^2$
D. $\mu _0AI^2N^2/(2l)$
题目解答
答案
D. $\mu _0AI^2N^2/(2l)$
解析
步骤 1:确定螺线管的磁场强度
螺线管的磁场强度$B$可以通过公式$B = \mu_0NI/l$计算,其中$\mu_0$是真空磁导率,$N$是线圈匝数,$I$是电流,$l$是螺线管的长度。
步骤 2:计算螺线管内的磁场能量
磁场能量$W$可以通过公式$W = \frac{1}{2} \int B^2 dV/\mu_0$计算,其中$B^2$是磁场强度的平方,$dV$是体积微元,$\mu_0$是真空磁导率。对于均匀磁场,$B^2$在整个螺线管内是常数,因此$W = \frac{1}{2} B^2 V/\mu_0$,其中$V$是螺线管的体积。
步骤 3:将螺线管的体积和磁场强度代入
螺线管的体积$V = Al$,其中$A$是截面积,$l$是长度。将$B = \mu_0NI/l$代入$W = \frac{1}{2} B^2 V/\mu_0$,得到$W = \frac{1}{2} (\mu_0NI/l)^2 Al/\mu_0$。
步骤 4:简化表达式
$W = \frac{1}{2} \mu_0^2N^2I^2A/l^2 \cdot l/\mu_0 = \frac{1}{2} \mu_0N^2I^2A/l$。
螺线管的磁场强度$B$可以通过公式$B = \mu_0NI/l$计算,其中$\mu_0$是真空磁导率,$N$是线圈匝数,$I$是电流,$l$是螺线管的长度。
步骤 2:计算螺线管内的磁场能量
磁场能量$W$可以通过公式$W = \frac{1}{2} \int B^2 dV/\mu_0$计算,其中$B^2$是磁场强度的平方,$dV$是体积微元,$\mu_0$是真空磁导率。对于均匀磁场,$B^2$在整个螺线管内是常数,因此$W = \frac{1}{2} B^2 V/\mu_0$,其中$V$是螺线管的体积。
步骤 3:将螺线管的体积和磁场强度代入
螺线管的体积$V = Al$,其中$A$是截面积,$l$是长度。将$B = \mu_0NI/l$代入$W = \frac{1}{2} B^2 V/\mu_0$,得到$W = \frac{1}{2} (\mu_0NI/l)^2 Al/\mu_0$。
步骤 4:简化表达式
$W = \frac{1}{2} \mu_0^2N^2I^2A/l^2 \cdot l/\mu_0 = \frac{1}{2} \mu_0N^2I^2A/l$。