题目
I 2a- A-|||-·P真空中两根很长的相距为2a的平行直导线与电源组成闭合回路如图.已知导线中的电流为I,则在两导线正中间某点P处的磁能密度为 [ ]A. I 2a- A-|||-·P . B. I 2a- A-|||-·P . C. I 2a- A-|||-·P. D. 0 .
真空中两根很长的相距为2a的平行直导线与电源组成闭合回路如图.已知导线中的电流为I,则在两导线正中间某点P处的磁能密度为 [ ]
.B.
.C.
.D. 0 .
题目解答
答案
C. $\dfrac {1}{2{\mu }_{0}}{(\dfrac {{\mu }_{0}I}{\pi a})}^{2}$
解析
考查要点:本题主要考查磁场的叠加原理和磁能密度公式的应用。
解题思路:
- 确定两根导线在点P处的磁场方向:利用右手螺旋定则判断每根导线产生的磁场方向,注意电流方向相反时的叠加关系。
- 计算总磁场:根据长直导线磁场公式 $B = \dfrac{\mu_0 I}{2\pi r}$,分别计算两根导线在P点的磁场,再求矢量和。
- 代入磁能密度公式:磁能密度公式为 $u = \dfrac{B^2}{2\mu_0}$,将总磁场代入即可。
破题关键:
- 磁场方向叠加:两根导线电流方向相反,但P点的磁场方向相同,需叠加。
- 正确应用公式:注意区分单根导线磁场与总磁场的关系。
步骤1:计算单根导线在P点的磁场
每根导线到P点的距离为 $a$,电流为 $I$,根据长直导线磁场公式:
$B_1 = B_2 = \dfrac{\mu_0 I}{2\pi a}$
方向分析:
- 导线1电流向上,P点磁场方向垂直向外;
- 导线2电流向下,P点磁场方向同样垂直向外(因电流方向相反,磁场方向不变)。
步骤2:求总磁场
两磁场方向相同,直接相加:
$B_{\text{总}} = B_1 + B_2 = 2 \cdot \dfrac{\mu_0 I}{2\pi a} = \dfrac{\mu_0 I}{\pi a}$
步骤3:计算磁能密度
代入磁能密度公式:
$u = \dfrac{B_{\text{总}}^2}{2\mu_0} = \dfrac{\left( \dfrac{\mu_0 I}{\pi a} \right)^2}{2\mu_0} = \dfrac{1}{2\mu_0} \left( \dfrac{\mu_0 I}{\pi a} \right)^2$
选项分析:
- 选项C与计算结果一致,其他选项因未正确叠加磁场或公式应用错误而排除。