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如图所示,在倾角为α的光滑金属斜轨上,有一通有电流I、长为L、质量为m的导体棒,导体棒与斜轨垂直.求:
①欲使棒静止在斜轨上,所加匀强磁场的磁感应强度B的最小值为多少?方向如何?
②欲使棒静止在斜轨上,且对斜轨无压力,所加匀强磁场B的大小为多少?方向如何?
分析:①欲使棒静止在斜轨上,棒的受力必须平衡,即棒受到的重力、安培力和轨道的支持力三力平衡.根据作图法分析可知:当安培力沿斜面向上时,安培力最小,要使匀强磁场的磁感应强度B最小,则棒必须与磁场B垂直,根据左手定则判断磁感应强度B的方向,由平衡条件求解B的大小.
②欲使棒静止在斜轨上,且对斜轨无压力,安培力方向必须竖直向上,并且与重力平衡,再由平衡条件求出匀强磁场B的大小,由左手定则判断B的方向.
解答:解:(1)导体棒受力如图1所示,根据作图法分析可知,当安培力与支持力垂直,即沿斜面向上时,安培力最小.当导体棒与磁感应强度B垂直时,B最小.
受力图如下图2所示,由平衡条件得 
  BIL=mgsinα
B=
mgsinα
IL

根据左手定则判断可知,B的方向:垂直斜面向上.
(2)导体棒对斜面无压力时,其所受安培力应竖直向上,受力图如图3所示.
则磁感应强度B方向:水平向左
由 B′IL=mg得
  B/=
mg
IL

答:
①欲使棒静止在斜轨上,所加匀强磁场的磁感应强度B的最小值为
mgsinα
IL
,方向垂直斜面向上.
②欲使棒静止在斜轨上,且对斜轨无压力,所加匀强磁场B的大小为
mg
IL
,方向水平向左.
点评:本题是通电导体在磁场中平衡问题,是磁场知识与力学知识的综合,关键是应用作图法分析最值条件.
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L4
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