题目
如图所示,一圆线圈的半径为R, 载有电流I, 置于均匀外磁场B中,在不考虑载流线圈本身所激发的磁场的情况下,求线圈导线上的张力。已知载流线圈的法线方向与B的方向相同。R B
如图所示,一圆线圈的半径为R, 载有电流$$I$$, 置于均匀外磁场B中,在不考虑载流线圈本身所激发的磁场的情况下,求线圈导线上的张力。已知载流线圈的法线方向与B的方向相同。

题目解答
答案
取半个线圈 ,受到的磁场力为:
F=2BIR,
由张力和磁场力平衡,有:
F=2T
可得:T=BIR
解析
考查要点:本题主要考查磁场对载流导线的作用力(安培力)以及受力平衡条件的应用。关键在于理解圆形载流线圈在均匀外磁场中的受力分布,并利用对称性简化计算。
解题核心思路:
- 安培力公式:载流导线在磁场中受力的大小为 $F = I L B \sin\theta$,其中 $L$ 是导线的有效长度,$\theta$ 是电流方向与磁场方向的夹角。
- 对称性分析:由于线圈平面与磁场方向垂直,电流在圆周各点的方向均与磁场方向垂直($\sin\theta = 1$),但受力方向具有对称性。
- 张力平衡:线圈因磁场力产生形变趋势,导线内部的张力需平衡局部磁场力。通过取半圆分析,利用对称性简化计算。
破题关键点:
- 有效长度:半圆导线的有效长度为直径 $2R$,而非周长 $\pi R$。
- 受力方向:半圆导线所受磁场力方向垂直于线圈平面,向外。
步骤1:计算半圆导线的磁场力
取线圈的上半部分(半圆),其长度为 $\pi R$,但有效长度为直径 $2R$。根据安培力公式,半圆所受的总磁场力为:
$F = I \cdot B \cdot (2R) = 2BIR$
步骤2:张力与磁场力的平衡
半圆导线的两端分别受到张力 $T$ 的拉力,两者的合力为 $2T$。根据平衡条件,磁场力与张力的合力相等:
$F = 2T \quad \Rightarrow \quad T = BIR$