题目
如图所示,两根相互平行的长直导线分别通有方向相反的电流I_(1)和I_(2),且(I)_(1)比(I)_(2)稍大点,a,b两点对称分布在两导线两侧,磁感应强度分别是B_(a)和B_(b),F_(1)和F_(2)分别是电流I_(1)和I_(2)受到的安培力,则( )F1 ⊙-|||-I1-|||-F2 b-|||-I2A. F_(1) lt F_(2)B. F_(1) gt F_(2)C. B_(a) lt B_(b)D. B_(a) gt B_(b)
如图所示,两根相互平行的长直导线分别通有方向相反的电流$I_{1}$和$I_{2}$,且${I}_{1}$比${I}_{2}$稍大点,$a$,$b$两点对称分布在两导线两侧,磁感应强度分别是$B_{a}$和$B_{b}$,$F_{1}$和$F_{2}$分别是电流$I_{1}$和$I_{2}$受到的安培力,则( )

A. $F_{1} \lt F_{2}$
B. $F_{1} \gt F_{2}$
C. $B_{a} \lt B_{b}$
D. $B_{a} \gt B_{b}$
题目解答
答案
D. $B_{a} \gt B_{b}$
解析
考查要点:本题主要考查磁场的叠加和安培力的计算,涉及长直导线的磁场公式及安培定则的应用。
解题核心思路:
- 磁场方向的判断:利用安培定则确定两导线在a、b点产生的磁场方向。
- 磁场大小的叠加:根据长直导线磁场公式$B = \frac{\mu_0 I}{2\pi r}$,结合对称性分析a、b点的总磁场。
- 安培力的比较:通过公式$F = I L B$,分析两导线受力大小关系。
破题关键点:
- 对称性分析:a、b点对称分布,但两导线电流大小不同($I_1 > I_2$),导致磁场叠加结果不同。
- 方向相反的电流:两导线间相互作用为排斥力,但安培力大小由对方电流产生的磁场决定,需注意电流大小对磁场的影响。
磁感应强度$B_a$与$B_b$的比较
-
磁场方向判断:
- a点:左边导线电流$I_1$向上,在a点产生向外的磁场;右边导线电流$I_2$向下,在a点产生向里的磁场。
- b点:左边导线电流$I_1$向上,在b点产生向里的磁场;右边导线电流$I_2$向下,在b点产生向外的磁场。
-
磁场大小计算:
- 设两导线间距为$d$,a点到左边导线的距离为$d$,到右边导线的距离为$2d$;同理,b点到右边导线的距离为$d$,到左边导线的距离为$2d$。
- a点总磁场:
$B_a = \frac{\mu_0 I_1}{2\pi d} - \frac{\mu_0 I_2}{2\pi (2d)} = \frac{\mu_0}{2\pi d} \left( I_1 - \frac{I_2}{2} \right)$ - b点总磁场:
$B_b = \frac{\mu_0 I_2}{2\pi d} - \frac{\mu_0 I_1}{2\pi (2d)} = \frac{\mu_0}{2\pi d} \left( I_2 - \frac{I_1}{2} \right)$
-
比较$B_a$与$B_b$:
- 由于$I_1 > I_2$,代入得:
$B_a = \frac{\mu_0}{2\pi d} \left( I_1 - \frac{I_2}{2} \right) > \frac{\mu_0}{2\pi d} \left( I_2 - \frac{I_1}{2} \right) = B_b$
- 由于$I_1 > I_2$,代入得:
安培力$F_1$与$F_2$的比较
- 安培力公式:$F = I L B$,其中$B$为另一根导线在该导线处产生的磁场。
- $F_1$的计算:由$I_2$导线在$I_1$导线处产生的磁场$B = \frac{\mu_0 I_2}{2\pi d}$,得:
$F_1 = I_1 L \cdot \frac{\mu_0 I_2}{2\pi d}$ - $F_2$的计算:由$I_1$导线在$I_2$导线处产生的磁场$B = \frac{\mu_0 I_1}{2\pi d}$,得:
$F_2 = I_2 L \cdot \frac{\mu_0 I_1}{2\pi d}$ - 比较$F_1$与$F_2$:
$F_1 = F_2 \quad \text{(大小相等,方向相反)}$