题目
2、如图所示,电流强度为1,方向为逆时针,B点为正方形D EFP的中点,BC长度为a·-|||-计算平面载流线圈在P点产生的磁感应强度。-|||-D C P-|||-B-|||-A-|||-I I-|||-I-|||-F-|||-E

题目解答
答案

解析
本题主要考查毕奥-萨伐尔定律在平面载流线圈磁场计算中的应用,需分别计算各段载流导线在P点产生的磁感应强度,再进行矢量叠加。
关键分析
- 毕奥-萨伐尔定律:电流元$Idl$在空间某点产生的磁感应强度$dB=\frac{\mu_0}{4\pi}\frac{Idl\times\hat{r}}{r^2}$,方向由右手螺旋定则判断。
- 对称性简化:部分导线(如FA、CD)的延长线过P点,$dl\times\hat{r}=0$,故$dB=0$。
- 方向判断:垂直纸面向里为“⊗”,向外为“⊙”,仅保留有效分量。
各段导线在P点的磁场计算
1. DE段:长直导线,P到DE距离$r=a$
磁场公式:$B_1=\frac{\mu_0I}{2\pi a}$,方向⊗(右手螺旋:四指逆时针,拇指指向P点垂直纸里)。
2. EF段:长直导线,P到EF距离$r=2a$(正方形边长为$2a$,B为中点)
磁场公式:$B_2=\frac{\mu_0I}{2\pi(2a)}=\frac{\mu_0I}{4\pi a}$,方向⊙(与DE段反向)。
3. FA段:延长线过P点,$dl\times\hat{r}=0$
$B_3=0$。
4. AB段:长直导线,P到AB距离$r=a$
磁场公式:$B_4=\frac{\mu_0I}{2\pi a}$,方向⊗(与DE段同向)。
5. BC段:长直导线,P到BC距离$r=2a$
磁场公式:$B_5=\frac{\mu_0I}{4\pi a}$,方向⊗(与DE段同向)。
6. CD段:延长线过P点,$dl\times\hat{r}=0$
$B_6=0$。
总磁场叠加
垂直纸面向里为正方向,总磁场:
$B=B_1+B_4+B_5-B_2=\frac{\mu_0I}{2\pi a}+\frac{\mu_0I}{2\pi a}+\frac{\mu_0I}{4\pi a}-\frac{\mu_0I}{4\pi a}=\frac{\mu_0I}{\pi a}$