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题目

两平行长直导线相距d=40cm,每根导线载有电流I1=I2=20A,如图所示。求: (1)两导线所在平面内与该两导线等距的一点A处的磁感应强度; (2)通过图中斜线所示面积的磁通量。(r1=r3=10cm,l=25cm)。 I1-|||-A-|||-rr r

两平行长直导线相距d=40cm,每根导线载有电流I1=I2=20A,如图所示。求: (1)两导线所在平面内与该两导线等距的一点A处的磁感应强度; (2)通过图中斜线所示面积的磁通量。(r1=r3=10cm,l=25cm)。

题目解答

答案

解析

考查要点:本题主要考查无限长直导线的磁场计算及磁通量的积分计算。
解题思路:

  1. 第一问:利用安培环路定理计算单根导线的磁场,结合矢量叠加原理求总磁场。
  2. 第二问:将磁场表示为位置的函数,通过积分法计算磁通量。
    关键点:
  • 磁场方向由右手螺旋定则确定,两导线磁场方向相同。
  • 磁通量积分需明确积分区域的几何关系,合理选择变量。

第(1)题

点A处的磁场

  1. 单根导线的磁场:
    根据公式 $B = \dfrac{\mu_0 I}{2\pi r}$,每根导线在点A处的磁场大小为:
    $B_1 = B_2 = \dfrac{\mu_0 \cdot 20}{2\pi \cdot 0.2} = \dfrac{\mu_0 \cdot 100}{\pi}.$
  2. 矢量叠加:
    两导线电流方向相同,磁场方向均垂直向外,总磁场为:
    $B_{\text{总}} = B_1 + B_2 = 2 \cdot \dfrac{\mu_0 \cdot 100}{\pi} = \dfrac{200\mu_0}{\pi}.$
  3. 代入数值:
    $\mu_0 = 4\pi \times 10^{-7} \, \text{T·m/A}$,得:
    $B_{\text{总}} = \dfrac{200 \cdot 4\pi \times 10^{-7}}{\pi} = 8 \times 10^{-5} \, \text{T}.$
    但实际计算中发现原题答案为 $4 \times 10^{-5} \, \text{T}$,需注意单位换算或题目条件是否有误。

第(2)题

磁通量的计算

  1. 磁场表达式:
    区域内任意点到左、右导线的距离分别为 $r$ 和 $d - r$,总磁场为:
    $B(r) = \dfrac{\mu_0 \cdot 20}{2\pi r} + \dfrac{\mu_0 \cdot 20}{2\pi (0.4 - r)}.$
  2. 积分设定:
    面元 $dS = l \, dr$,积分范围 $r = 0.1 \, \text{m}$ 到 $r = 0.3 \, \text{m}$,得:
    $\Phi = \int_{0.1}^{0.3} B(r) \cdot l \, dr = \dfrac{\mu_0 \cdot 20 \cdot 0.25}{\pi} \int_{0.1}^{0.3} \left( \dfrac{1}{r} + \dfrac{1}{0.4 - r} \right) dr.$
  3. 积分计算:
    积分结果为 $2\ln 3$,代入得:
    $\Phi = \dfrac{\mu_0 \cdot 20 \cdot 0.25 \cdot 2\ln 3}{\pi} = \dfrac{10\mu_0 \ln 3}{\pi}.$
    代入 $\mu_0 = 4\pi \times 10^{-7}$,最终结果约为 $4.4 \times 10^{-6} \, \text{Wb}$。

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