Question

如圖10-2-12所示，質量為60 g的金屬棒長為L₁=20 cm，棒兩端與長為L₂=30 cm的細軟金屬線相連，吊在磁感應強度B=0.5 T、豎直向上的勻強磁場中.當金屬棒中通過穩恒電流I后，金屬棒向紙內擺動，擺動過程中的最大偏角θ=60 °（取g=10 m/s²）.則下列說法中正確的是(    )

圖10-2-12

①金屬棒中電流方向水平向右，電流大小為6A

②金屬棒中電流方向水平向左，電流大小為2A

③當偏角θ=60 °時，金屬棒受到的合力為零

④金屬棒在擺動過程中動能的最大值為2.78×10^-2J

A.只有①正確                         B.①③正確

C.只有②正確                         D.②④正確

Answer 1

解析：從右向左看此裝置可畫出如右圖的物理情景和受力圖.根據左手定則判定電流方向為圖中向里，在原圖中向左；由于安培力和重力是恒力，所以它們的合力也是恒力，當它與線的拉力平衡時，金屬棒的動能最大，根據對稱性，與豎直方向成30°時動能最大.在此位置有：mgtan30°=BIL₁，可得I==2A，在向上擺動30°的過程中由動能定理可得：BIL₁s-mgh=ΔE_k=E_k，其中s=L₂sin30°和h=L₂（1-cos30°），帶入計算得E_k=2.78×10^-2J，所以選項D正確.

答案：D