题目
对半径为R载流为I的无限长直圆柱体,距轴线r处的磁感应强度B()。A. 内外部磁感应强度B都与r成正比;B. 内部磁感应强度B与r成正比,外部磁感应强度B与r成反比;C. 内外部磁感应强度B都与r成反比;D. 内部磁感应强度B与r成反比,外部磁感应强度B与r成正比。
对半径为R载流为I的无限长直圆柱体,距轴线r处的磁感应强度B()。
A. 内外部磁感应强度B都与r成正比;
B. 内部磁感应强度B与r成正比,外部磁感应强度B与r成反比;
C. 内外部磁感应强度B都与r成反比;
D. 内部磁感应强度B与r成反比,外部磁感应强度B与r成正比。
题目解答
答案
B. 内部磁感应强度B与r成正比,外部磁感应强度B与r成反比;
解析
考查要点:本题主要考查安培环路定理在无限长载流圆柱体磁场中的应用,以及磁场分布的规律。
解题核心思路:
- 对称性分析:利用磁场的轴对称性,选择合适的矩形环路计算磁感应强度。
- 分情况讨论:区分圆柱体内($r < R$)和圆柱外($r > R$)两种情况,分别应用安培环路定理。
- 电流分布:圆柱体内电流均匀分布,需计算环路包围的电流比例。
破题关键点:
- 内部磁场:环路包围的电流与半径$r$的平方成正比,导致$B$与$r$成正比。
- 外部磁场:环路包围全部电流,$B$与$r$成反比。
内部磁场($r < R$)
- 计算包围电流:
电流密度$J = \frac{I}{\pi R^2}$,环路内电流$I_{\text{enc}} = J \cdot \pi r^2 = I \frac{r^2}{R^2}$。 - 应用安培定理:
$B \cdot (2\pi r) = \mu_0 I_{\text{enc}} = \mu_0 I \frac{r^2}{R^2}$
解得:
$B = \frac{\mu_0 I r}{2\pi R^2} \quad \text{(与$r$成正比)}$
外部磁场($r > R$)
- 计算包围电流:
环路包围全部电流$I_{\text{enc}} = I$。 - 应用安培定理:
$B \cdot (2\pi r) = \mu_0 I$
解得:
$B = \frac{\mu_0 I}{2\pi r} \quad \text{(与$r$成反比)}$
结论:内部$B$与$r$成正比,外部$B$与$r$成反比,对应选项B。