Question

8．如圖所示，質(zhì)量為3Kg的導(dǎo)體棒，放在間距為d=1m的水平放置的導(dǎo)軌上，其中電源電動勢E=6V，內(nèi)阻r=0.5Ω，定值電阻R₀=11.5Ω，其它電阻均不計．（g取10m/s²）求：
（1）若磁場方向垂直導(dǎo)軌平面向上，大小為B=2T，此時導(dǎo)體棒靜止不動，導(dǎo)軌與導(dǎo)體棒間的摩擦力為多大？方向如何？
（2）若磁場大小不變，方向與導(dǎo)軌平面成θ=60°角（仍與導(dǎo)體棒垂直），此時導(dǎo)體棒所受的摩擦力多大？

Answer 1

分析 （1）根據(jù)歐姆定律求出電路中電流．導(dǎo)體棒靜止不動，受力要平衡，分析導(dǎo)體棒的受力情況，作出力圖，根據(jù)平衡條件求出導(dǎo)軌與導(dǎo)體棒間的摩擦因數(shù)．
（2）分析導(dǎo)體檢的受力情況，根據(jù)平衡條件求解導(dǎo)體棒所受的摩擦力

解答 解：（1）以金屬棒為研究對象，
棒靜止不動
水平方向F_f=F_安 方向向左
根據(jù)閉合電路歐姆定律得：
$I=\frac{E}{{R}_{0}+r}$
棒所受安培力F_安=BId
F_f=F_安=$\frac{BEd}{{R}_{0}+r}=1N$
（2）棒受力分析如圖
棒與軌道間的最大靜摩擦力增大，棒仍靜止
${F}_{f}={F}_{安}sinθ=\frac{\sqrt{3}}{2}N$
答：（1）若磁場方向垂直導(dǎo)軌平面向上，大小為B=2T，此時導(dǎo)體棒靜止不動，導(dǎo)軌與導(dǎo)體棒間的摩擦力為1N，方向向左
（2）若磁場大小不變，方向與導(dǎo)軌平面成θ=60°角（仍與導(dǎo)體棒垂直），此時導(dǎo)體棒所受的摩擦力為$\frac{\sqrt{3}}{2}$N

點評 本題通電導(dǎo)體在磁場中平衡問題，關(guān)鍵是安培力的分析和計算，是力學(xué)和磁場知識的綜合