Question

如图所示，一根质量为m、长为L的细铜棒用两根等长的细线水平地悬吊在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于纸面向里，不计空气阻力，问：

（1）通电后，当细线的张力为不通电时的时，棒中电流的大小和方向．

（2）如果电流大小不变，将磁场方向变为竖直向上，铜棒平衡后，细线上张力的大小．

（3）在上一问的条件下，给铜棒通电后，它能摆起的最大摆角（吊线与竖直方向的夹角）．

Answer

（1） 由M指向N （2） （3）

【解析】

（1）当导线不通电时，导体受重力和细线的拉力T作用，根据平衡条件有：

解得：

当导线通电后，为使细线的拉力为不通电时的时，则说明导线所受安培力的方向向上，根据左手定则可知，导线电流方向为M指向N

根据平衡条件有：

又

联立解得：

（2）如果电流大小不变，将磁场方向变为竖直向上，铜棒向上偏转了角时处于平衡状态，其受力分析如图所示（电流从M向N看，则垂直纸面向里）：

根据正交分解有：

其中安培力：

联立解得：

（3）给铜棒通电后，它能摆起的最大摆角为，摆动情况，如图所示：

根据动能定理有：

其中安培力：

联立解得：