Question

光滑平行导轨水平放置，导轨左端通过开关S与内阻不计、电动势为E的电源相连，一根质量为m的导体棒ab，用长为l的绝缘细线悬挂，悬线竖直时导体棒恰好与导轨良好接触且细线处于张紧状态，如图所示，系统空间有匀强磁场．当闭合开关S时，导体棒被向右摆出，摆到最大高度时，细线与竖直方向成角，则（    ）

A．磁场方向一定竖直向下

B．磁场方向竖直向下时，磁感应强度最小

C．导体棒离开导轨前通过棒的电量为

D．导体棒离开导轨前电源提供的电能大于mgl(1 – cos)

Answer 1

【答案】 BD

【解析】 当开关S闭合时，导体棒向右摆起，说明其所受安培力水平向右或有水平向右的分量，但安培力若有竖直向上的分量，应小于导体棒所受重力，否则导体棒会向上跳起而不是向右摆，由左手定则可知，磁场方向斜向下或竖直向下都成立，A错；当满足导体棒“向右摆起”时，若磁场方向竖直向下，则安培力水平向右，在导体棒获得的水平冲量相同的条件下，所需安培力最小，因此磁感应强度也最小，B正确；设导体棒右摆初动能为E_k，摆动过程中机械能守恒，有E_k = mgl (1–cos)，导体棒的动能是电流做功而获得的，若回路电阻不计，则电流所做的功全部转化为导体棒的动能，此时有W = IEt= qE = E_k，得W =    mgl (1–cos)，，题设条件有电源内阻不计而没有“其他电阻不计”的相关表述，因此其他电阻不可忽略，那么电流的功就大于mgl (1–cos)，通过的电量也就大于，C错D正确．

【点评】安培力的冲量与通过导线的电量相关，“冲量→电量”、“做功→能量”是力电综合的二条重要思路。本题中由杆摆动方向判断所受安培力方向，进一步判断磁场的可能方向，一般会判断磁场方向竖直向下，而选项B既设置了一个小陷阱，同时又对磁场方向起到提示作用．当安培力与杆摆动初速度方向相同时安培力最小，磁感应强度B也最小；电量和能量的计算分别借助安培力的冲量和所做的功来进行，但试题没有表明电路电阻可以忽略，因此实际值都要大于计算值，这是试题的第二个陷阱.