题目
[题目]AB、CD为长直导线,BC为圆心在O点-|||-的一段圆弧形导线,如图所示,其半径为R。若通-|||-以电流I,求O点的磁感应强度。-|||-D-|||-C-|||-1 R-|||-60-|||-A B

题目解答
答案

解析
考查要点:本题主要考查磁场的叠加原理,涉及长直导线、圆弧形导线在某点产生的磁感应强度的计算。
解题核心思路:
- 分段计算:将导线分为AB(长直导线)、BC(圆弧形导线)、CD(长直导线)三部分,分别计算各部分在O点产生的磁感应强度。
- 矢量叠加:各部分磁场方向相同(均垂直纸面向里),直接代数相加。
- 公式选择:
- 长直导线:$B = \dfrac{\mu_0 I}{2\pi r}$(注意垂直距离的确定)。
- 圆弧导线:$B = \dfrac{\mu_0 I \theta}{4\pi R}$($\theta$为圆心角,弧度制)。
破题关键:
- AB段磁场为零:O点位于AB导线上,距离$r=0$,故$B_1=0$。
- BC段圆心角:圆弧BC对应圆心角$\theta = 60^\circ = \dfrac{\pi}{3}$。
- CD段几何关系:需通过几何分析确定O点到CD的垂直距离,并结合角度计算磁场分量。
AB段磁场($B_1$)
- O点位于长直导线AB上,距离$r=0$,故:
$B_1 = \dfrac{\mu_0 I}{2\pi \cdot 0} \quad \text{(无意义,实际为0)}$
结论:$B_1 = 0$。
BC段磁场($B_2$)
- 圆弧BC半径$R$,圆心角$\theta = \dfrac{\pi}{3}$,磁感应强度为:
$B_2 = \dfrac{\mu_0 I \theta}{4\pi R} = \dfrac{\mu_0 I \cdot \dfrac{\pi}{3}}{4\pi R} = \dfrac{\mu_0 I}{12R}$
方向:垂直纸面向里(右手法则)。
CD段磁场($B_3$)
- CD为长直导线,O点到CD的垂直距离为$\dfrac{R}{2}$,但需考虑电流方向与O点位置形成的几何关系。
- 应用长直导线公式并分解角度:
$B_3 = \dfrac{\mu_0 I}{2\pi \cdot \dfrac{R}{2}} \left( \cos \dfrac{5\pi}{6} - \cos \pi \right) = \dfrac{\mu_0 I}{\pi R} \left( -\dfrac{\sqrt{3}}{2} + 1 \right)$
方向:垂直纸面向里。
总磁场($B_0$)
- 三部分磁场方向相同,直接相加:
$B_0 = B_1 + B_2 + B_3 = 0 + \dfrac{\mu_0 I}{12R} + \dfrac{\mu_0 I}{\pi R} \left( 1 - \dfrac{\sqrt{3}}{2} \right)$
化简:
$B_0 = \dfrac{\mu_0 I}{2\pi R} \left( 1 - \dfrac{\sqrt{3}}{2} + \dfrac{\pi}{6} \right)$