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如图所示,质量为60g的金属棒长为L1=20cm,棒两端与长为L2=30cm的细软金属线相连,吊在磁感应强度B=0.5T、竖直向上的匀强磁场中.当金属棒中通过稳恒电流I后,铜棒向纸外摆动,最大偏角θ=60°(取g=10m/s2),则下列说法中正确的是(  )
①金属棒中电流方向水平向右,电流大小为6
3
A.
②金属棒中电流方向水平向右,电流大小为2
3
A.
③当偏角θ=60°时,金属棒受到的合力为零.
④金属棒在摆动过程中动能的最大值为2.78×10-2J.
A.只有①正确B.①③正确C.只有②正确D.②④正确
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①、②铜棒向纸外摆动,所受的安培力向外,根据左手定则判断得知,金属棒中电流方向水平向右.
铜棒上摆的过程,根据动能定理得:
   FBL2sin60°-mgL2(1-cos60°)=0,
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又安培力FB=BIL1,
代入解得,I=2
3
A.故①错误,②正确.
③当偏角θ=60°时,金属棒沿金属线方向的合力为零,但重力有沿圆周切向分力,所以金属棒受到的合力不为零.故③错误.
④由题意,铜棒向上摆动的最大偏角θ=60°,根据对称性可知,偏角是30°时是其平衡位置,铜棒受力如图所示,则有
G=FBcot30°=
3
FB ,
当铜棒偏角是30°时,速度最大,动能最大,
由动能定理可得:Ekm=FBL2sin30°-mgL2(1-cos30°)
代入解得,最大动能为Ekm=2.78×10-2J.故④正确.
故选D
练习册系列答案
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⑵运动员到达坡底时的速度大小?
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A.一定等于600 N             B.可能等于600 N

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A.一定等于600 N             B.可能等于600 N

C.可能大于600 N              D.可能小于600 N

 

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