Question

如圖所示，PQ和MN為水平放置的平行金屬導(dǎo)軌，間距為L=1.0m，導(dǎo)體棒ab跨放在導(dǎo)軌上，棒的質(zhì)量為m=20g，棒的中點用細繩經(jīng)輕滑輪與物體c相連，物體c的質(zhì)量M=30g，懸在空中．在垂直導(dǎo)軌平面方向存在磁感應(yīng)強度B=0.2T的勻強磁場，磁場方向豎直向上，重力加速度g取10m/s²．若導(dǎo)軌是粗糙的，且導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌間的最大靜摩擦力為導(dǎo)體棒ab重力的0.5倍，若要保持物體c靜止不動，應(yīng)該在棒中通入電流方向如何？電流大小的范圍是多少？

Answer 1

分析：若要保持物體c靜止不動，受力必須平衡．由于M所受的最大靜摩擦力為0.5mg=0.1N，而M的重力為Mg=0.3N，要保持導(dǎo)體棒靜止，則安培力方向必須水平向左，則根據(jù)左手定則判斷電流的方向．分兩種情況研究：安培力大于Mg和安培力小于Mg進行討論，根據(jù)平衡條件和安培力公式求出導(dǎo)體棒中電流的范圍，由歐姆定律求解電流的范圍．

解答：解：導(dǎo)體棒的最大靜摩擦力大小為f_m=0.5mg=0.1N，M的重力為G=Mg=0.3N，則f_m＜G，要保持導(dǎo)體棒靜止，則安培力方向必須水平向左，則根據(jù)左手定則判斷得知棒中電流的方向為由a到b．
若BIl＞Mg，則導(dǎo)體棒所受的靜摩擦力方向水平向右，設(shè)此時電流為I₁，
則由平衡條件有  BI₁l-Mg≤f_m，
解得，I₁≤2A
若BIl＜Mg，則導(dǎo)體棒所受的靜摩擦力方向水平向左，設(shè)此時電流為I₂，
則由平衡條件有 Mg-BI₂l≤f_m，
解得，I₂≥1A
即ab棒中電流為1A≤I≤2A
答：若要保持物體c靜止不動，電流大小的范圍是1A≤I≤2A，流過棒的電流方向為由a到b．

點評：此題是通電導(dǎo)體在磁場中平衡問題，要抓住靜摩擦力會外力的變化而變化，挖掘臨界條件進行求解．