Question

17．如圖所示，兩根足夠長(zhǎng)的光滑平行導(dǎo)軌與水平面成θ=60°角，導(dǎo)軌間距為L(zhǎng)，將直流電源、電阻箱和開關(guān)串聯(lián)接在兩根導(dǎo)軌之間，整個(gè)裝置處在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒MN垂直導(dǎo)軌水平放置在導(dǎo)軌上，導(dǎo)體棒與兩根導(dǎo)軌都接觸良好，重力加速度為g，若磁場(chǎng)方向垂直導(dǎo)軌平面向上，當(dāng)電阻箱接入電路的電阻為R₁時(shí)，閉合開關(guān)后，電路中電流為I₁，導(dǎo)體棒MN恰能靜止在導(dǎo)軌上；若磁場(chǎng)方向豎直向上，當(dāng)電阻箱接入電路的電阻為R₂時(shí)，閉合開關(guān)后，電路中電流為I₂，導(dǎo)體棒MN也恰能靜止在導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌的電阻可忽略不計(jì)，求：
（1）電流I₂的大小和方向；
（2）電流I₂的大小；
（3）電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻．

Answer 1

分析 （1）由平衡條件求出安培力大小，根據(jù)安培力公式求電流強(qiáng)度．
（2）磁場(chǎng)方向豎直向上時(shí)，MN受力如答圖所示．根據(jù)物體平衡條件可得 F₂cosθ=mgsinθ．
（3）根據(jù)閉合電路歐姆定律，求出電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻．

解答 解：（1）磁場(chǎng)方向垂直于軌道面時(shí)，由左手定則可知，安培力的方向沿斜面向上，MN受力如上面答圖所示．
電流方向由M指向N，根據(jù)物體平衡條件可得：
F₁-mgsinθ=0
又安培力：F₁=BI₁L    
解得電流強(qiáng)度為：I₁=$\frac{{\sqrt{3}mg}}{2BL}$
（2）磁場(chǎng)方向豎直向上時(shí)，由左手定則可知，安培力的方向水平向右，MN受力如下面答圖所示．
根據(jù)物體平衡條件可得：F₂cosθ-mgsinθ=0
又安培力：F₂=BI₂L  
解得：${I_2}=\frac{{\sqrt{3}mg}}{BL}$
（3）設(shè)除電阻箱外，電路中其他電阻為r．根據(jù)閉合電路歐姆定律，當(dāng)電阻箱接入電路的電阻為R₁時(shí)，有：
I₁=$\frac{E}{{{R_1}+r}}$
當(dāng)電阻箱接入電路的電阻為R₂時(shí)，有：I₂=$\frac{E}{{{R_2}+r}}$
聯(lián)立以上方程解得：E=$\frac{{\sqrt{3}mg（{R_1}-{R_2}）}}{BL}$，r=3R₁-2R₂
答：（1）MN中電流I₁的大小$\frac{{\sqrt{3}mg}}{2BL}$方向由M指向N；
（2）MN中的電流I₂的大小$\frac{\sqrt{3}mg}{BL}$
（3）電源的電動(dòng)勢(shì)$\frac{{\sqrt{3}mg（{R_1}-{R_2}）}}{BL}$，內(nèi)電阻是3R₁-2R₂．

點(diǎn)評(píng) 本題是電磁感應(yīng)與電路、力學(xué)相結(jié)合的綜合題，應(yīng)用E=BLv、歐姆定律、安培力公式以及共點(diǎn)力的平衡等知識(shí)的內(nèi)容，其中解答的關(guān)鍵是正確對(duì)導(dǎo)體棒進(jìn)行受力分析，然后即可正確解題．