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磁场对通电导线的作用:安培力、左手定则
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如图甲所示,质量为m=50g,长l=10cm的铜棒,用长度亦为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=0.5T.未通电时,轻线在竖直方向,通入恒定电流后,棒向
网友投稿 2023-04-06 00:00:00 零零社区
◎ 题目
如图甲所示,质量为m=50g,长l=10cm的铜棒,用长度亦为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=0.5T.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.同学甲的解法如下: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=
F
mg
=
BIl
mg
得
I=
mgtan
37
0
Bl
=
0.05×10×
3
4
0.5×0.1
=7.5A
同学乙的解法如下:铜棒向外偏转过程中,导线拉力不做
功,如图丙所示.
F做功为:
W
F
=F
S
1
=BIlsin3
7
0
×lsin3
7
0
重力做功为:W
G
=-mgS
2
=-mgl(1-cos37°)
由动能定理得:BI(lsin37°)
2
-mgl(1-cos37°)=0
I=
mgl(1-cos
37
0
)
Bl
sin
2
37
0
=
0.05×10×(1-0.8)
0.5×0.1×
(0.6)
2
=
50
9
=5.56A
请你对同学甲和乙的解答以说理的方式作出评价;若你两者都不支持,则给出你认为正确的解答.
◎ 答案
(1)甲和乙同学的解法均错误
错误原因:前者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;后者将安培力做功求错.
(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
W
F
=F
S
1
=BI
L
2
sin37°
重力做功为W
G
=-mgS
2
=-mgL(1-cos37°)
由动能定理得BIL
2
sin37°-mgL(1-cos37°)=0
解得
I=
mg(1-cos37°)
BLsin37°
=5A
答:此棒中恒定电流的大小为5A.
◎ 解析
“略”
◎ 知识点
专家分析,试题“如图甲所示,质量为m=50g,长l=10cm的铜棒,用长度亦为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=0.5T.未通电时,轻线在竖直方向,通入恒定电流后,棒向…”主要考查了你对 【共点力的平衡】,【磁场对通电导线的作用:安培力、左手定则】 等知识点的理解和应用能力。关于这些知识点的“档案”,你可以点击相应的链接进行查看和学习。
http://www.00-edu.com/html/202304/437121.html
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