如图两个半径为R的相同的金属环在a、b两点接触(a,b连线为环直径),并相互垂直放置,电流I由a端流入,b端出,则环中心O点的磁感应强度大小为() I-|||-O-|||-I I-|||-O-|||-IA. AB、BC、CD、D
如图两个半径为R的相同的金属环在a、b两点接触(a,b连线为环直径),并相互垂直放置,电流I由a端流入,b端出,则环中心O点的磁感应强度大小为()

题目解答
答案
A
解析
本题考查通电圆环在圆心处产生的磁感应强度的计算,关键是分析电流在两个相互垂直的金属环中的分布情况,再结合毕奥-萨伐尔定律推导的圆环电流圆心磁场公式。
步骤1:分析电流分布
两个半径均为$R$的相同金属环在$a$、$b$两点接触($a,b$为直径),电流$I$从$a$流入、$b$流出。由于两环等大且垂直放置,$a,b$连线是直径,将每个环分成两个半圆,根据对称性,电流会均匀分配到两个半圆中(电阻相同,电流分流),即每个半圆的电流为$\frac{I}{2}$。
步骤2:单个半圆电流的磁场贡献
根据毕奥-萨伐尔定律,完整圆环在圆心的磁感应强度公式为:
$B_{\text{整环}} = \frac{\mu_0 I}{2R} \quad (\text{方向由右手螺旋定则判定})$
半圆电流的磁场是完整圆环的一半(因只有半周电流贡献),且方向相同:
$B_{\text{半圆}} = \frac{1}{2}B_{\text{整环}} = \frac{\mu_0 (I/2)}{4R} = \frac{\mu_0 I}{8R}$
步骤3:两个半圆的磁场叠加
两环相互垂直,它们的半圆平面也相互垂直(一个在纸面内,另一个垂直纸面),因此两个半圆电流在圆心$O$产生的磁感应强度方向相互垂直。根据矢量叠加:
$B_{\text{总}} = \sqrt{B_1^2 + B_2^2}$
其中$B_1 = B_2 = \frac{\mu_0 I}{8R}$,代入得:
$B_{\text{总}} = \sqrt{\left(\frac{\mu_0 I}{8R}\right)^2 + \left(\frac{\mu_0 I}{8R}\right)^2} = \frac{\mu_0 I}{8R} \cdot \sqrt{2} = \frac{\sqrt{2}\mu_0 I}{8R} = \frac{\mu_0 I}{4\sqrt{2}R} \quad (\text{与选项对比,发现无此选项?} )$
重新检查:电流是否真的分流?
若电流不分流(假设两环串联),则每个环的电流为$I$,半圆电流的$B_{\text{半圆}} = \frac{\mu_0 I}{4R}$,总磁场:
$B_{\text{总}} = \sqrt{\left(\frac{\mu_0 I}{4R}\right)^2 + \left(\frac{\mu_0 I}{4R}\right)^2} = \frac{\sqrt{2}\mu_0 I}{4R}$
但题目选项中无此结果,说明电流实际未形成两个半圆电流?
关键错误:两环接触点仅$a,b$两点,无其他连接
电流从$a$流入后,需从$b$流出,两环无其他连接,因此电流无法在每个环中形成半圆回路——**电流仅在两环的$a-b$半圆周中流动?不,两环垂直,$a-b$是公共直径,电流从$a$流入后,会同时流向两个环的$a-b$半圆周,最终在$b$汇合流出。
最终结论:题目可能默认电流在每个环中形成完整回路?
若假设电流在每个环中形成完整回路(如两环在$a,b$两点接触并形成闭合回路),则每个环电流为$\frac{I}{2}$,总磁场:
$B_{\text{总}} = \sqrt{2} \cdot \frac{\mu_0 (I/2)}{2R} = \frac{\sqrt{2}\mu_0 I}{4R}$
但选项中无此答案,可能题目存在表述不严谨,或默认两环电流方向相反导致磁场抵消?
重新理解:两环垂直,电流方向相反
若一个环电流顺时针,另一个逆时针,圆心磁场方向相反,叠加后$B=0$,对应选项A。