题目
两相互平行的半无限长直导线与一导体圆环相切,A、B为两半无限长直导线与圆环的切点,AB为圆环直径为2R,圆环粗细均匀且电阻率恒定,通以图示电流 I 。求圆心 O 处的磁感应强度?C-|||-A o-|||--- B-|||-2R-|||-D-|||-I
两相互平行的半无限长直导线与一导体圆环相切,A、B为两半无限长直导线与圆环的切点,AB为圆环直径为2R,圆环粗细均匀且电阻率恒定,通以图示电流 I 。求圆心 O 处的磁感应强度?

题目解答
答案
由
,ACB和ADB两端圆弧电阻相等,两端电压相等,由
和并联电路规律得,端电流大小相等且为直导线电流的一半.
由安培环路定理,ACB、ACD在O点产生的磁感应强度

但由于ACB、ADB电流绕行方向相反,在O点产生的磁感应强度方向相反,累计为0;
由安培环路定理,一直导线在O点产生的磁感应强度

根据右手定则,两直导线在O点产生的磁感应强度大小相等,所以O点总磁感应强度为

方向为垂直纸面向里。
解析
考查要点:本题综合考查磁场的叠加原理、安培环路定理的应用,以及电流在复杂回路中的分配规律。
解题核心思路:
- 电流分配:利用并联电路电阻相等的特点,确定圆环两段电流大小相等且方向相反。
- 磁场计算:分别计算圆环各段电流和直导线在O点产生的磁场,注意方向叠加。
- 对称性分析:利用对称性简化计算,明确各部分磁场的相互抵消或叠加关系。
破题关键点:
- 圆环电流的磁场抵消:两段半圆电流方向相反,在O点产生的磁场大小相等、方向相反,总和为零。
- 直导线磁场叠加:两直导线电流方向相同,对O点的磁场贡献大小相等、方向相同,总和为两倍单根导线的磁场。
1. 电流分配分析
圆环被分为ACB和ADB两段半圆,电阻相等。根据并联电路规律,电流均分:
$I_{\text{半圆}} = \frac{I}{2}$
两段电流方向相反(ACB为顺时针,ADB为逆时针)。
2. 圆环电流在O点的磁场
- 单段半圆磁场:
由安培环路定理,半圆电流在O点的磁感应强度大小为:
$B_{\text{半圆}} = \frac{\mu_0 \cdot \frac{I}{2}}{2R}$ - 方向抵消:两段半圆电流方向相反,磁场方向相反,总和为零:
$B_{\text{圆环}} = 0$
3. 直导线在O点的磁场
- 单根直导线磁场:
根据安培环路定理,距离导线中心轴线$R$处的磁场为:
$B_{\text{直导线}} = \frac{\mu_0 I}{2\pi R}$ - 方向叠加:两直导线电流方向相同,磁场方向均垂直纸面向里,总和为:
$B_{\text{总}} = 2 \cdot \frac{\mu_0 I}{2\pi R} = \frac{\mu_0 I}{\pi R}$