问题 计算题

如图甲所示,质量为m=50 g,长l=10 cm的铜棒,用长度也为l的两根轻软导线水平悬吊在竖直向上的匀强磁场中,磁感应强度B=1/3 T。未通电时,轻线在竖直方向,通入恒定电流后,棒向外偏转的最大角度θ=37°,求此棒中恒定电流的大小。

某同学对棒中恒定电流的解法如下:对铜棒进行受力分析,通电时导线向外偏转,说明安培力方向垂直电流和磁场方向向外,受力如图乙所示(侧视图)。

 当最大偏转角θ=37°时,棒受力平衡,有

tanθ,得I==11.25 A。

(1)请判断,该同学的解法正确吗?若不正确则请指出错在哪里?

(2)试写出求解棒中电流的正确解答过程及结果。

答案

解:(1)该同学的解法错误。错误原因:认为棒到达最高点速度为零时,一定处于平衡状态;或者认为偏角最大的是平衡位置

(2)正确的解法如下:金属棒向外偏转过程中,导线拉力不做功,如图所示

安培力F做功为WF=Fx1=BIl2sin 37°

重力做功为WG=-mgx2=-mgl(1-cos 37°)

由动能定理得BIl2sin 37°-mgl(1-cos 37°)=0

解得:I==5 A

单项选择题
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