如图所示,质量为m、电阻不计的金属杆ab,放在宽为L、倾角为θ的导轨上,导轨电阻不计,其上端接电动势为E、内阻为零的直流电源和可变电阻R0.磁感应强度为B的匀强磁场竖直向上,穿过导轨平面.金属杆ab与导轨间的最大静摩擦力为f.欲使ab棒静止在导轨上不动,求可变电阻R0的取值范围.
网友回答
解:磁场竖直向上,电流从b到a,根据左手定则,ab棒受到的安培力水平向右,其导轨方向的分力总是沿导轨向上.
安培力的大小为:,沿导轨向上的分力大小为:
若可变电阻R0取最小值Rmin,则安培力最大,故摩擦力沿导轨向下最大.根据平衡条件得;
解得:
若可变电阻R0取最大值Rmax,则安培力最小,故摩擦力沿导轨向上最大,根据平衡条件得:
解得:
故可变电阻R0的取值范围为:
答:可变电阻R0的取值范围为:
解析分析:磁场竖直向上,电流从b到a,安培力的大小为:,根据左手定则,ab棒受到的安培力水平向右,其导轨方向的分力总是沿导轨向上,其大小为:.
若可变电阻R0取最小值Rmin,则安培力最大,故摩擦力沿导轨向下最大.根据平衡条件得;,可以解出Rmin.
若可变电阻R0取最大值Rmax,则安培力最小,故摩擦力沿导轨向上最大,根据平衡条件得:,可以解出Rmax.
故可变电阻R0的取值范围为:Rmin≤R0≤Rmax.
点评:本题属于导体在磁场中平衡的问题,是安培力与力学知识的综合,按照力平衡的解题思路求解,分析受力是关键.