Question

【题目】光滑平行导轨水平放置，导轨左端通过开关与内阻不计、电动势为的电源相连，右端与半径为的两段光滑圆弧导轨相接，一根质量、电阻、长为的导体棒，用长也为的绝缘细线悬挂，如图所示，系统空间有竖直方向的匀强磁场，磁感应强度，当闭合开关后，导体棒沿圆弧摆动，摆到最大高度时，细线与竖直方向成角，摆动过程中导体棒始终与导轨接触良好且细线处于紧张状态，导轨电阻不计，（不考虑导体棒因切割磁感线产生的微弱的感应电流），．请求解：

（1）匀强磁场的方向及导体棒在摆动过程中所受安培力；

（2）导体棒在摆动过程中电源的输出功率；

（3）导体棒在摆动到最高点时加速度．

Answer 1

【答案】（1）竖直向下；0.3N（2）9W（3）5m/s2

【解析】

（1）当开关S闭合时，导体棒向右摆动，说明其所受安培力水平向右，由左手定则可知，磁场方向竖直向下；设电路中电流为I，电源的电动势为E，则
根据动能定理得：mgL（1-cos53°）=FLsin53°，

解得安培力 F=0.3N
（2）由F=BIL=BL，得 E=3V，

则电源的输出功率。
（3）摆到最高点时，由牛顿定律：

解得a=5m/s2