题目
0.如图,边长为a的正方形的四个角上固定有四个电荷均为q的点电荷。此正方形以角速度ω绕AC轴旋转时,在中心O点产生的磁感应强度大小为B1;此正方形同样以角速度ω绕过O点垂直于正方形平面的轴旋转时,在O点产生的磁感应强度的大小为B2,则B1与B2间的关系为( )A. B1=B2B. B1=2B2C. B1=(1)/(2)B2D. ({B)_(1)}=(({B)_(2)})/(4)
如图,边长为a的正方形的四个角上固定有四个电荷均为q的点电荷。此正方形以角速度ω绕AC轴旋转时,在中心O点产生的磁感应强度大小为B1;此正方形同样以角速度ω绕过O点垂直于正方形平面的轴旋转时,在O点产生的磁感应强度的大小为B2,则B1与B2间的关系为( )- A. B1=B2
- B. B1=2B2
- C. B1=$\frac{1}{2}$B2
- D. ${{B}_{1}}=\frac{{{B}_{2}}}{4}$
题目解答
答案
C. $\frac{1}{2}$B2
解析
本题考查旋转电荷产生的磁场,需结合等效电流法和对称性分析。关键点在于:
- 绕AC轴旋转时,只有两个电荷做圆周运动,其余两个静止,需计算它们在中心O点的磁场叠加;
- 绕O点垂直轴旋转时,四个电荷均参与运动,需考虑对称性下的磁场矢量和;
- 磁感应强度公式:点电荷圆周运动在圆心处的磁场为 $B = \frac{\mu_0 q \omega}{4\pi r}$,其中$r$为轨迹半径。
绕AC轴旋转(求$B_1$)
- 运动电荷分析:
- 电荷A、C位于AC轴上,轨迹半径$r=0$,不产生磁场;
- 电荷B、D绕AC轴做圆周运动,轨迹半径$r = \frac{a}{\sqrt{2}}$。
- 单电荷磁场计算:
每个电荷在O点产生的磁场为
$B_{\text{单}} = \frac{\mu_0 q \omega}{4\pi r} = \frac{\mu_0 q \omega}{4\pi \cdot \frac{a}{\sqrt{2}}} = \frac{\mu_0 q \omega \sqrt{2}}{4\pi a}.$ - 总磁场叠加:
两个电荷磁场同向叠加,总磁场
$B_1 = 2 \cdot B_{\text{单}} = \frac{\mu_0 q \omega \sqrt{2}}{2\pi a}.$
绕O点垂直轴旋转(求$B_2$)
- 运动电荷分析:
四个电荷均绕O点做圆周运动,轨迹半径$r = \frac{a\sqrt{2}}{2}$。 - 单电荷磁场计算:
每个电荷在O点产生的磁场为
$B_{\text{单}} = \frac{\mu_0 q \omega}{4\pi r} = \frac{\mu_0 q \omega}{4\pi \cdot \frac{a\sqrt{2}}{2}} = \frac{\mu_0 q \omega}{2\pi a\sqrt{2}}.$ - 总磁场叠加:
四个电荷磁场同向叠加,总磁场
$B_2 = 4 \cdot B_{\text{单}} = \frac{2\mu_0 q \omega}{\pi a\sqrt{2}}.$
比较$B_1$与$B_2$
$B_1 = \frac{\mu_0 q \omega \sqrt{2}}{2\pi a}, \quad B_2 = \frac{2\mu_0 q \omega}{\pi a\sqrt{2}} = \frac{2\mu_0 q \omega \sqrt{2}}{2\pi a}.$
因此,$B_1 = \frac{1}{2}B_2$。