题目
一弯曲的载流导线在同一平面内,形状如图(O点是半径为R1和R2的两个半圆弧的共同圆心,电流自无穷远来到无穷远去),则O点磁感强度的大小是____. .---
一弯曲的载流导线在同一平面内,形状如图(O点是半径为R1和R2的两个半圆弧的共同圆心,电流自无穷远来到无穷远去),则O点磁感强度的大小是____. 
题目解答
答案
答案:
第一空: 
解析
本题主要考察毕奥-萨伐尔定律在载流弯曲导线磁场计算中的应用,关键是分析不同线段在圆心O点产生的磁感强度方向和大小。
步骤1:分段分析载流导线
题目中弯曲导线由三部分组成(假设图形中):
- 半圆弧1(半径$R_1$):电流方向垂直纸面向外(右手定则判断),在O点产生的磁感强度方向沿垂直纸面向外。
- 半圆弧2(半径$R_2$):电流方向垂直纸面向里,在O点产生的磁感强度方向沿垂直纸面向里。
- 直线段:无限长直导线在O点产生的磁感强度方向需根据电流方向判断(假设垂直纸面向里)。
步骤2:计算各部分磁感强度大小
1. 半圆弧1($R_1$)的贡献
半圆弧在圆心的磁感强度公式为$B = \frac{\mu_0 I}{4R}$(全圆为$\frac{\mu_0 I}{2R}$,半圆弧为一半),方向向外:
$B_1 = \frac{\mu_0 I}{4R_1}$
2. 半圆弧2($R_2$)的贡献
同理,半圆弧2的贡献为$\frac{\mu_0 I}{4R_2}$,方向向里:
$B_2 = \frac{\mu_0 I}{4R_2}$
3. 直线段的贡献
无限长直导线在距离$R_2$处的磁感强度为$B_{\text{直}} = \frac{\mu_0 I}{2\pi R_2}$,但题目中直线段仅为半无限长(电流自无穷远来),实际贡献为一半:
$B_{\text{直}} = \frac{\mu_0 I}{4\pi R_2}$
方向向里(与半圆弧2同向)。
步骤3:叠加求总磁感强度
向外为正,向里为负,总磁感强度大小为:
$B_0 = B_1 - (B_2 + B_{\text{直}}) = \frac{\mu_0 I}{4R_1} + \frac{\mu_0 I}{4R_2} - \frac{\mu_0 I}{4\pi R_2}$