Question

12．如圖所示，兩平行水平放置的金屬導(dǎo)軌間的距離L=0.4m，在導(dǎo)軌所在平面內(nèi)，分布著方向垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)．金屬導(dǎo)軌的一端接有電動(dòng)勢(shì)E=5V、內(nèi)阻r=0.5Ω的直流電源．現(xiàn)把一個(gè)質(zhì)量m=0.5kg的導(dǎo)體棒ab放在金屬導(dǎo)軌上，導(dǎo)體棒始終保持靜止．導(dǎo)體棒與金屬導(dǎo)軌垂直且接觸良好，導(dǎo)軌與導(dǎo)體棒之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.2．導(dǎo)體棒與金屬導(dǎo)軌接觸的兩點(diǎn)間的電阻R₀=1.5Ω金屬導(dǎo)軌電阻不計(jì)．假設(shè)金屬導(dǎo)軌與導(dǎo)體棒之間的最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力（g=10m/s²）．問(wèn)：
（1）通過(guò)導(dǎo)體棒的電流大��？
（2）導(dǎo)體受到的安培力的方向？
（3）為使導(dǎo)體棒始終保持靜止，磁感應(yīng)強(qiáng)度不能大于多少？

Answer 1

分析 （1）根據(jù)閉合電路歐姆定律求出電流的大小．
（2）根據(jù)左手定則判斷出安培力方向．
（3）導(dǎo)體棒受重力、支持力、安培力、摩擦力處于平衡，根據(jù)共點(diǎn)力平衡求出磁感應(yīng)強(qiáng)度最大值．

解答 解：（1）導(dǎo)體棒、金屬導(dǎo)軌和直流電源構(gòu)成閉合電路，根據(jù)閉合電路歐姆定律有：
I=$\frac{E}{{R}_{0}+r}=\frac{5}{1.5+0.5}A\\;=2.5A$
（2）由左手定則可知受到的安培力方向向右
（3）導(dǎo)體棒受到的安培力：
F_安=BIL
受到的摩擦力為f=μmg
由BIL=μmg解得
B=1T
答：（1）通過(guò)導(dǎo)體棒的電流大小為2.5A
（2）導(dǎo)體受到的安培力的方向向右
（3）為使導(dǎo)體棒始終保持靜止，磁感應(yīng)強(qiáng)度不能大于1T

點(diǎn)評(píng) 解決本題的關(guān)鍵掌握閉合電路歐姆定律，安培力的大小公式，以及會(huì)利用共點(diǎn)力平衡去求未知力．