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一、选择题(共24分)
1.(本题3分)
(A)其动能改变,动量不变
(B)其动能和动量都改变
(C)其动能不变,动量改变
(D)其动能、动量都不变。
[C]
一运动电荷q,质量为m,以初速度进入均匀磁场中,若与磁场的方向夹角为,则。
2.(本题3分)
两根很长很长的平行直导线,其间距离为d,与电源组成回路,如图。已知导线上的电流为I,两根导线的横截面的半径均为r0,设用L表示两导线回路单位长度的自感系数,则沿导线单位长度的空间内的总磁能Wm为:
(A)
(B)
(C)
(D)
[A]
I
d
2r0
I
[A]
二.填空题:(共36分)
1.(本题3分)
将半径为R的无限大导体薄壁管(厚度忽略)沿轴向割去一宽度为h(hR)的无限长狭缝后,再沿轴向均匀地流有电流,其面电流密度为i(如图),则管轴线上的磁感应强度的大小是。
3.(本题5分)
四根辐条的金属轮子在均匀磁场中转动,转轴与平行,轮子和辐条都是导体,辐条长为R,轮子的转速n,则轮子中心a与边缘b之间的感应电动势为,电势最高点是在处。
(3分)
a(2分)
4.(本题3分)
有两个线圈,自感系数分别为L1和L2,已知L1=3mh,L2=5mh,串联成一个后测得自感系数L=11mh,则两线圈的互感系数M=。
1.5mh(L=2M+L1+L2)
5.(本题5分)
写出麦克斯韦方程组的积分形式:
,
,
,
。
(1分)
(1分)
(1分)
(2分)
三.计算题:(共30分)
1.(本题10分)
解:
a
b
c
1
2
I
O
d
e
在真空中,电流由长直导线1沿底边ac方向经a点流入一电阻均匀分布的三角形线框,再由b点沿平行底边ac方向从三角形框流出,经长直导线2返回电源(如图),已知直导线的电流强度为I,三角形框的每一边长为l。求正三角形中心O点的磁感应强度。
令、、和分别代表长直导线1、2和三角形框的ac、cb边及ab边在O点产生的磁感应强度,则
直线1和三角形框的各边到O的距离相等,用s表示这个距离,则s=
半无限长直导线2在端点产生的磁场的磁感应强度大小为
方向垂直图面向里。(3分)
:
由于电阻均匀分布,而且ab和ac+cb并联,有
s
a
b
c
1
2
I
O
d
e
l
由毕奥-萨伐尔定律可知,导线1在O点产生的磁感应强度为
:
方向是垂直图面向外。(3分)
方向垂直图面向里。
方向垂直图面向外。
因此
(3分)
B的大小为:
方向是垂直图面向里。
(1分)
a
b
c
1
2
I
O
d
e
l
s
2.(本题10分)
解:设圆环半径为a,转动惯量为J,细导线横截面为A,在t时刻,圆环所围面积的法向与的方向夹角为θ:
磁通量为Φ=πa2Bcosθ(2分)
ω
B
如图所示,一质量密度为,电导率为的均匀细导线圆环,在磁感应强度为的均匀磁场中,绕着通过圆环直径的光滑轴旋转,已知t=0时,角速度为ω0,圆环面与垂直,假设损耗的能量全部变成焦耳热,求它的角速度降低到初始值的1/e所需的时间。
感应电动势为:
(1分)
(1分)
能量损失的功率:P=I2R=(πa2Bωsinθ)2/R(1分)
每旋转一圈能量损失的平均功率为:
(1分)
能量守恒要求:
(1分)
ω
B
解得:
(2分)
(1分)
ω
B
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