南京大学大学物理答案17-19prob
南京大学大学物理电磁学习题参考答案
Problem 17.2 For a single ring2µ B= 4π ( R 2 + x 2 ) 3 2
µ0
For Helmholtz coils z apart µ0 1 1 B= × 2µ + 32 32 2 2 4π 2 z z 2 R + x R + + x 2 2
南京大学大学物理电磁学习题参考答案
z z +x x 3µ 0 dB 2 2 = ×µ 32 32 2 2 dx 2π 2 z z 2 R + + x R + x 2 2
=0
(odd function of x)2 2 R 2 4( z 2 ) 2 3µ 0 R 4( z 2 ) = + ×µ 72 72 2 2 2 π R 2 + (z 2 )2 R + (z 2 )
d B 2 dx
2
x =0
[
]
[
]
南京大学大学物理电磁学习题参考答案
Plot for
z = 0.4,0.5,0.6 2R
南京大学大学物理电磁学习题参考答案
Problem 17.5 One side contributes:
π π sin sin B= 4π R cos π n n n µ 0 2I π = tan 4π R n I
µ0
南京大学大学物理电磁学习题参考答案
Discuss:
π µ0 I n π tan = nB = tan 4π R n 2R π nn π lim tan = 1 leads to a loop solution n→∞ π nB=
µ 0 2nI
µ0
2 z2 + R
(
IR 2
2 32
)
k
南京大学大学物理电磁学习题参考答案
Problem 17.9 2keV<<0.511MeV non-relativistic
V// = V0 cos 89°; V⊥ = V0 cos 1°(a) a translation of V // and a circular motion of V⊥ . So the trajectory is a helix.2 V⊥
V⊥ qB (b) qV⊥ B = m ω= = r m r 2π 10 T= = 3.57 × 10 s ω pitch p = V// T = 0.17mmradius r = 1.5 × 10 3 m
南京大学大学物理电磁学习题参考答案
*Problem 17.10 The cyclotron radius is a = mv/qB.
The trajectories are symmetric about x = – a .
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Problem 18.1
B( r ) =
µ0 2 I4π r
;
dΦ dA (r ) = B = B dr v dt dt
b ε = B (r ) v dr = 2 Iv ln 4π a a
∫
b
µ0
= 10 × 2 × 100 × 5.0 × ln 20V
7
= 3.0 × 10 V
4
南京大学大学物理电磁学习题参考答案
Problem 18.2
dB 2πrE = πr dt2
1 dB E = r 2 dtThe tangential component is
1 dB 1 dB E t = r cos = d 2 dt 2 dtwhich is independent and points left. The emf in the rod is then
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dB 2 ε= R dt 2 2
2
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Problem 18.5 Under approximation r << d, dipole expressions can be used.
B(r ) =
µ0 14π r3
[3( µ er )er µ ]
The flux can be found as follows (Bk)
Φ = πr 2
µ0 14π d3
(
πr 2 Iπr = 3 µ 0 I = MI 2d4 2
)
南京大学大学物理电磁学习题参考答案
πr M = 3 µ0 2d4
I = k 0t
2
πr 4 ε 1 3 µ 0 k 0t I′ = = R R d Because of
(e )
er ~
dk + re ρ d +r2 2
Only ρ component of B contributes to the force:
南京大学大学物理电磁学习题参考答案
µ0 1 2 r F = 2πrI ′ 3Iπr k 3 4π d d4
Bρ
sin θ
µ 0 1 2πr πr 2 2 r 3 µ 0 k 0t = 3k 0t πr k d 4π d 3 R d
µ0 = 4π
2
4 8 2 3 24π r k 0 t 7 d R
k
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Problem 18.6 Known
t B = B0 ; (0 ≤ t ≤ T ) Tt Φ = πr B0 T2
The flux is
Faraday’s law reads:
πr B0 rB0 E 2 πr = ; or E = T 2T2
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Tangential velocity is
v=
E q m
t
The centripetal force on the bead is (–eρ)
v m = r
4mT
2
2 2 2 rB0 q t 2
南京大学大学物理电磁学习题参考答案
The magnetic force isF = qv × B = q E q m tBeρ
2 rB0 q 2t 2 = ( eρ ) 2 2mT
The track contributes2 2 rB0 q 2 t 2 rB0 q 2 t 2 v m ( eρ ) F = ( eρ ) ( eρ ) 2 2 r 4mT 2mT 2
=
2 2 2 rB0 q t 2
4mT
eρ
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