Question

用两个一样的弹簧吊着一根铜棒，铜棒所在虚线范围内有垂直于纸面的匀强磁场，棒中通以自左向右的电流（如图所示），当棒静止时，两弹簧秤的读数为F₁；若将棒中的电流方向反向（大小保持不变），当棒静止时，两弹簧秤的示数为F₂，且F₂＞F₁，根据这两个数据，试求：
（1）磁场的方向；
（2）安培力的大小；
（3）铜棒的重力．

Answer 1

分析：由题意知，导体棒受到的磁场力方向在竖直方向，因为电流反向时磁场力同样反向，又因为反向时，弹簧秤读数增大，由此可知电流自左向右时，导体棒受磁场力方向向上，根据左手定则可知，磁场方向垂直纸面向里．因为电流反向，磁场力只改变方向，不改变大小，根据导体棒的平衡可以求出安培力的大小表达式．

解答：解：（1）因为电流反向时，弹簧秤的读数F₂＞F₁，所以可以知道电流自左向右时，导体棒受到的磁场力方向向上，根据左手定则可以确定磁场的方向为垂直纸面向里；
（2）令铜棒的重力为G，安培力的大小为F，则由平衡条件得：
2F₁=G-F                      ①
当电流反向时，磁场力变为竖直向下，此时同样根据导体棒平衡有：
2F₂=G+F                      ②
由①和②可得：
棒的重力G=F₁+F₂
安培力F的大小F=F₂-F₁
答：（1）磁场的方向垂直纸面向里；
（2）安培力的大小：F=F₂-F₁
（3）铜棒的重力F=F₂+F₁

点评：对铜棒的受力变化情况可以得到安培力的方向，能正确使用左手定则反推磁场方向，并能根据平衡列出平衡方程解出重力和安培力的大小．熟练掌握左手定则是解题的关键．