题目
填空题(10.0分)-|||-12.如图一通有|电流的闭合回路放在磁感应强度-|||-为B的均匀磁场中,回路平面与磁感强度垂直,-|||-回路由直导线AB和半径为r的圆弧导线BCA组-|||-成,电流为顺时针方向。求:(1)磁场作用于圆-|||-弧导线BCA的力为(_) () (2)磁场作用于闭合导-|||-线的力(_) ()-|||-x x x times xtimes -|||-× x-|||-x × x-|||-× B A×-|||-θ 6-|||-x
题目解答
答案
解析
题目考察知识
主要考察安培力的计算,包括安培力公式 $\vec{F} = I\vec{L} \times \vec{B}$ 的应用,以及闭合回路在均匀磁场中受力的性质。
具体解题思路
(1)磁场作用于圆弧导线BCA的力
- 安培力公式:对于电流元 $I\vec{dl}$,安培力 $d\vec{F} = I\vec{dl} \times \vec{B}$。由于磁场均匀且回路平面与 $\vec{B}$ 垂直,$\vec{dl}$ 与 $\vec{B}$ 始终垂直,故 $dF = IdlB$,方向由右手定则判断。
- 圆弧导线的对称性:圆弧BCA可分为无数对称的电流元,每对对称电流元的合力方向沿半径方向(指向圆心)。根据对称性,所有电流元的合力大小等于直导线AB的安培力(因直导线AB与圆弧BA组成闭合回路,总力为零)。
- 直导线AB的安培力:直导线长度为 $L$(题目中隐含,如答案中的 $2BLr$ 可能为笔误,正确应为 $BIL$,但根据答案推测题目可能默认 $L=2r$ 或其他表述),安培力大小为 $BIL$。若假设 $L=2r$,则合力为 $2BLr$。
(2)磁场作用于闭合导线的力
- 闭合回路在均匀磁场中受力性质:对于任意闭合回路,在均匀磁场中,各段导线的安培力相互抵消,总合力为零。这是因为安培力的矢量和 $\vec{F} = I\oint \vec{dl} \times \vec{B}$,而 $\oint \vec{dl} = 0$(闭合回路),故总力 $\vec{F} = 0$。