题目
[题目]如图所示,在真空中有一半径为a的 dfrac (3)(4) 圆-|||-弧形的导线,其中通以稳恒电流I,导线置于均匀-|||-外磁场B中,且B与导线所在平面垂直,则该载流-|||-导线bc所受的磁力大小为 __-|||-X X cX=X-|||-B-|||-a-|||-x 0a →a x-|||-xxxx

题目解答
答案

解析
考查要点:本题主要考查通电导线在磁场中受力的计算,重点在于理解有效长度的概念及其在弯曲导线中的应用。
解题核心思路:
- 安培力公式:$F = BIL$,其中$L$为导线的有效长度。
- 有效长度的确定:当磁场方向与导线平面垂直时,有效长度等于导线两端点的直线距离(弦长)。
- 弯曲导线的简化:对于平面曲线导线,总安培力可等效为电流、磁感应强度与两端点间弦长的乘积。
破题关键点:
- 明确磁场方向与导线平面垂直,直接应用安培力公式。
- 正确计算3/4圆弧的弦长,需利用几何关系。
步骤1:确定有效长度
导线为3/4圆弧,半径为$a$,圆心角为$\theta = \frac{3}{4} \times 2\pi = \frac{3\pi}{2}$。
弦长$L$的计算公式为:
$L = 2a \sin\left(\frac{\theta}{2}\right)$
代入$\theta = \frac{3\pi}{2}$,得:
$L = 2a \sin\left(\frac{3\pi}{4}\right) = 2a \cdot \frac{\sqrt{2}}{2} = \sqrt{2}a$
步骤2:代入安培力公式
根据$F = BIL$,代入$L = \sqrt{2}a$,得:
$F = BI \cdot \sqrt{2}a = \sqrt{2}BIa$