Question

6．圖示為探究通電導線在磁場中受力因素的實驗示意圖，三塊相同馬蹄形磁鐵并列放置在水平桌面上，導體棒通過等長的輕而柔軟的細導線1、2、3、4，懸掛于固定的水平軸上（未在圖中畫出），導體棒所在位置附近可認為有方向豎直向的勻強磁場，導線1、4通過開關S與內阻不計、電動勢E=2V的電源相連．已知導體棒質量m=60g，等效電阻R=1Ω，有效長度l=20cm，當閉合開關S后，導體棒沿圓弧向右擺動，擺到最大高度時（仍在磁場中），細線與豎直方向的夾角θ=37°，已知細導線電阻不計，g=10m/s²，sin37°=0.6，cos37°=0.8．
（1）判斷開關閉合后導體棒中電流的方向；
（2）求出勻強磁場的磁感應強度的大小．

Answer 1

分析 （1）導體棒沿圓弧向右擺動，說明所受的安培力向右，由左手定則判斷導體棒中電流的方向．
（2）開關閉合后，導體棒所受安培力大小為 F=BIL，而I=$\frac{E}{R}$．對導體棒上擺的過程，運用動能定理列式可求磁感應強度的大小．

解答 解：（1）導體棒沿圓弧向右擺動，說明所受的安培力向右，由左手定則判斷可知，導體棒中電流的方向是由導線4經導體棒流向導線1．
（2）開關閉合后，導體棒所受安培力大小為 F=BIl，
由歐姆定律，有 I=$\frac{E}{R}$
設細導線的長度為L．導體棒上擺的過程中只有安培力和重力做功，由動能定理，有：
  FLsinθ-mgL（1-cosθ）=0
解得：B=0.5T
答：（1）開關閉合后導體棒中電流的方向是由導線4經導體棒流向導線1；
（2）勻強磁場的磁感應強度的大小是0.5T．

點評 解決本題的關鍵是掌握左手定則和動能定理，判斷通電導體磁場中所受的安培力方向運用左手定則，要注意與右手定則和安培定則運用條件的區別，不能混淆．