如图所示,两平行导轨相距0.1m,处于一匀强磁场中,导轨与水平面的夹角θ=37°;金属棒MN质量m=0.05kg,电阻R=1Ω,水平放置在导轨上并与导轨垂直;MN与导轨接触良好,与导轨

◎ 题目

如图所示,两平行导轨相距0.1m,处于一匀强磁场中,导轨与水平面的夹角θ=37°;金属棒MN质量m=0.05kg,电阻R=1Ω,水平放置在导轨上并与导轨垂直;MN与导轨接触良好,与导轨间的动摩擦因数μ=0.5;磁场的磁感应强度B=1.0T,方向垂直于轨道平面斜向下;电源电动势E=20V,内阻不计;调整滑动变阻器阻值,使得开关S闭合时,MN能保持静止.设最大静摩擦力近似等于滑动摩擦力,取重力加速度g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8.求:
(1)当金属棒MN中电流I=2.0A时,其受到的安培力多大?方向如何?
(2)若要保持金属棒MN静止,变阻器的阻值Rp应多大?

◎ 答案

(1)导体棒受到的安力为:F=BIL=1×2×0.1N=0.2N,方向沿斜面向上
(2)由闭合电路的欧姆定律可知:E=I(R+RP
当安培力最小时,金属棒有下滑的趋势,摩擦力沿斜面向上且达到最大静摩擦力,此时Rp有最大值,有:
BIL+μmgcosθ=mgsinθ
联立解得:I=1A,RP=19Ω
当安培力最大时,金属棒有上滑的趋势,摩擦力沿斜面向上且达到最大静摩擦力,此时Rp有最小值,有:
BIL=μmgcosθ+mgsinθ
联立解得:I=5A,Ep=3Ω
即Rp在19Ω≥RP≥3Ω时,导体棒MN能保持静止
答:(1)当金属棒MN中电流I=2.0A时,其受到的安培力0.2N,方向沿斜面向上
(2)若要保持金属棒MN静止,变阻器的阻值Rp应19Ω≥RP≥3Ω

◎ 解析

“略”

◎ 知识点

    专家分析,试题“如图所示,两平行导轨相距0.1m,处于一匀强磁场中,导轨与水平面的夹角θ=37°;金属棒MN质量m=0.05kg,电阻R=1Ω,水平放置在导轨上并与导轨垂直;MN与导轨接触良好,与导轨…”主要考查了你对  【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。

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