题目
7.两个同心圆线圈,大圆半径为R,通有电流I1;小圆半径为r,通有电流I2,方向如-|||-图 -57 若 lt R (大线圈在小线圈处产生的磁场近似为均匀磁场),当它们处在同一平面-|||-内时小线圈所受磁力矩的大小为 () 。-|||-(A) dfrac ({mu )_(0)pi (I)_(1)(I)_(2)(r)^2}(2R) (B) dfrac ({mu )_(0)(I)_(1)(I)_(2)(r)^2}(2R) (C) dfrac ({mu )_(0)(T)_(1)(I)_(2)(R)^2}(2r) (D)0

题目解答
答案

解析
考查要点:本题主要考查载流线圈在磁场中所受磁力矩的计算,以及对称性条件下磁力矩的判断。
解题核心思路:
- 磁力矩公式:磁力矩 $M = \boldsymbol{\mu} \times \boldsymbol{B}$,其中 $\boldsymbol{\mu}$ 是线圈的磁矩,$\boldsymbol{B}$ 是外磁场。
- 磁矩方向:线圈的磁矩方向由电流方向决定(右手法则)。
- 关键结论:当线圈的磁矩方向与外磁场方向平行或反平行时,$\sin\theta = 0$,磁力矩为零。
破题关键点:
- 大线圈在小线圈处产生的磁场是均匀磁场,方向垂直于大线圈平面。
- 小线圈与大线圈共面,导致两者的磁矩方向平行或反平行,从而 $\sin\theta = 0$,磁力矩为零。
步骤1:分析磁场方向
大线圈通有电流 $I_1$,根据右手法则,其在中心产生的磁场方向垂直于大线圈平面(假设为垂直纸面向里)。由于 $r < R$,小线圈所在处的磁场可视为均匀,方向与大线圈磁场方向一致。
步骤2:确定小线圈的磁矩方向
小线圈通有电流 $I_2$,其磁矩方向由右手法则确定。若小线圈与大线圈共面,则小线圈的磁矩方向必然与大线圈磁场方向平行或反平行。
步骤3:计算磁力矩
磁力矩公式为:
$M = \mu_2 B \sin\theta$
其中 $\mu_2 = I_2 \cdot \pi r^2$ 是小线圈的磁矩,$B = \dfrac{\mu_0 I_1}{2R}$ 是大线圈产生的磁场强度,$\theta$ 是 $\boldsymbol{\mu}_2$ 与 $\boldsymbol{B}$ 的夹角。
由于 $\boldsymbol{\mu}_2$ 与 $\boldsymbol{B}$ 平行或反平行,$\sin\theta = 0$,因此 磁力矩 $M = 0$。