Question

【題目】如圖所示，在水平地面上固定一對與水平面夾角為α的光滑平行導電軌道，軌道間的距離為l，兩軌道底端的連線與軌道垂直，頂端接有電源．將一根質量為m的直導體棒ab放在兩軌道上，且與兩軌道垂直．已知軌道和導體棒的電阻及電源的內電阻均不能忽略，通過導體棒的恒定電流大小為I，方向由a到b，圖乙為圖甲沿a→b方向觀察的平面圖．若重力加速度為g，在軌道所在空間加一豎直向上的勻強磁場，使導體棒在軌道上保持靜止．

(1)請在圖乙所示的平面圖中畫出導體棒受力的示意圖；

(2)求出磁場對導體棒的安培力的大小；

(3)如果改變導軌所在空間的磁場方向，試確定使導體棒在軌道上保持靜止的勻強磁場磁感應強度B的最小值的大小和方向．

Answer 1

【答案】(1)見解析圖　 (2)mgtan α　(3)，方向垂直于軌道平面向上

【解析】試題分析：導體棒受到重力、軌道的支持力和磁場對導體棒的安培力，安培力方向由左手定則判斷，作出受力示意圖．根據共點力平衡條件求解磁場對導體棒的安培力的大小；要使磁感應強度最小，則要求安培力最小，當安培力方向平行斜面向上時，安培力最小，由平衡條件和F=BIL公式求解磁感應強度B的最小值。

（1）導體棒受到重力、軌道的支持力和磁場對導體棒的安培力，由左手定則判斷可知，安培力方向水平向右．作出受力示意圖如圖所示．

（2）根據共點力平衡條件可知，磁場對導體棒的安培力的大小

F=mgtanα

（3）要使磁感應強度最小，則要求安培力最小．根據受力情況可知，最小安培力

Fmin=mgsinα，方向平行于軌道斜向上

所以最小磁感應強度Bmin=FminIl＝mgsinαIl

根據左手定則可判斷出，此時的磁感應強度的方向為垂直軌道平面斜向上．