题目
如图无限长通电导线载有电流 I ,弯成如图形状,半圆的半径为 R ,求 O 点的磁感应强度为( )A.dfrac ({mu )_(0)I}(4R)+dfrac ({mu )_(0)I}(4pi R),方向垂直纸面向外B.dfrac ({mu )_(0)I}(4R)+dfrac ({mu )_(0)I}(4pi R),方向垂直纸面向外C.dfrac ({mu )_(0)I}(4R)+dfrac ({mu )_(0)I}(4pi R),方向垂直纸面向里D.dfrac ({mu )_(0)I}(4R)+dfrac ({mu )_(0)I}(4pi R),方向垂直纸面向外dfrac ({mu )_(0)I}(4R)+dfrac ({mu )_(0)I}(4pi R)
如图无限长通电导线载有电流 I ,弯成如图形状,半圆的半径为 R ,求 O 点的磁感应强度为( )
A.
,方向垂直纸面向外
B.
,方向垂直纸面向外
C.
,方向垂直纸面向里
D.
,方向垂直纸面向外

题目解答
答案
半截无穷载流直导线周围磁场分布为
,则O点相对一段半截无穷载流直导线的磁场为
。半圆环导线圆心处磁场大小为
,即O点相对半圆环导线的磁场为
。由右手螺旋定则可以判断出磁场的方向是垂直纸面向外的,将三段导线形成的磁场叠加得到
,即点O的磁感应强度为到
,方向垂直纸面向外,对比题目可以得到答案,故答案选D
解析
本题考查磁场的叠加原理及不同载流导线在特定点产生的磁场计算。解题核心在于:
- 分解导线结构:将导线分为半圆环和两段半无限长直导线;
- 分别计算各部分在O点的磁场:利用半圆环圆心处磁场公式和半无限长直导线端点磁场公式;
- 矢量叠加:判断各部分磁场方向,代数相加。
关键知识点:
- 半圆环圆心处磁场:$B_{\text{半圆}} = \dfrac{\mu_0 I}{4R}$(方向垂直纸面向外);
- 半无限长直导线端点磁场:$B_{\text{直导线}} = \dfrac{\mu_0 I}{4\pi R}$(方向由电流方向决定)。
1. 分解导线结构
导线由半圆环和两段半无限长直导线组成,电流方向如图(假设逆时针流动)。
2. 计算各部分磁场
(1)半圆环部分
半圆环在圆心O处的磁场大小为:
$B_{\text{半圆}} = \dfrac{1}{2} \cdot \dfrac{\mu_0 I}{2R} = \dfrac{\mu_0 I}{4R}$
方向:垂直纸面向外(由右手螺旋定则判断)。
(2)两段半无限长直导线
每段直导线在O点的磁场为无限长直导线磁场的一半:
$B_{\text{直导线}} = \dfrac{1}{2} \cdot \dfrac{\mu_0 I}{2\pi R} = \dfrac{\mu_0 I}{4\pi R}$
- 左侧直导线(电流向下):磁场方向垂直纸面向外;
- 右侧直导线(电流向上):磁场方向垂直纸面向外;
总贡献为两段之和:
$B_{\text{直导线总}} = 2 \cdot \dfrac{\mu_0 I}{4\pi R} = \dfrac{\mu_0 I}{2\pi R}$
3. 磁场叠加
总磁场为各部分磁场矢量和:
$B_{\text{总}} = B_{\text{半圆}} + B_{\text{直导线总}} = \dfrac{\mu_0 I}{4R} + \dfrac{\mu_0 I}{2\pi R}$
方向:垂直纸面向外。