Question

如圖（甲）所示，用長(zhǎng)度均為l的兩根輕軟導(dǎo)線水平懸吊起一質(zhì)量為m、長(zhǎng)也為l的銅棒，置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中．未通電時(shí)，兩輕導(dǎo)線豎直；當(dāng)通入恒定電流后，銅棒向外擺動(dòng)，輕導(dǎo)線最大偏角為θ，求銅棒中電流的大�。�
以下是某同學(xué)的求解方法：
解：
對(duì)銅棒進(jìn)行受力分析，通電時(shí)銅棒向外擺動(dòng)，說(shuō)明安培力方向垂直電流和磁場(chǎng)方向向外，受力如圖乙所示（側(cè)視圖）．當(dāng)最大偏轉(zhuǎn)角為θ時(shí)，棒受力平衡有：tanθ=

F

mg

=

BIl

mg

，得：I=

mgtanθ

Bl

，該同學(xué)的解法存在錯(cuò)誤．請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）指出其錯(cuò)誤的原因：
（2）試寫出求解銅棒中電流的正確解答過(guò)程及結(jié)果．

Answer 1

分析：該同學(xué)的錯(cuò)誤原因：認(rèn)為棒到達(dá)最高點(diǎn)速度為零時(shí)，一定處于平衡狀態(tài)，或認(rèn)為偏角最大時(shí)是平衡狀態(tài)．

解答：解：（1）該同學(xué)的解法錯(cuò)誤．
錯(cuò)誤原因：認(rèn)為棒到達(dá)最高點(diǎn)速度為零時(shí)，一定處于平衡狀態(tài)；或者認(rèn)為偏角最大的是平衡位置．
（2）正確的解法如下：金屬棒向外偏轉(zhuǎn)過(guò)程中，導(dǎo)線拉力不做功，
如圖所示，安培力F做功為W_F=Fs₁=BIl²sinθ                         
重力做功為W_G=-mgs₂=-mgl（l-cosθ） 
由動(dòng)能定理得：BIl²sinθ-mgl（l-cosθ）=0
解得：I=

mg(1-cosθ)

Blsinθ

答：（1）其錯(cuò)誤的原因：認(rèn)為棒到達(dá)最高點(diǎn)速度為零時(shí)，一定處于平衡狀態(tài)，或認(rèn)為偏角最大時(shí)是平衡狀態(tài)．
（2）銅棒中電流I=

mg(1-cosθ)

Blsinθ

點(diǎn)評(píng)：本題考查學(xué)生觀察是否仔細(xì)，最大偏角與平衡狀態(tài)的關(guān)系，同時(shí)還考查了如何正確求功．