Question

【題目】某同學(xué)自制一電流表，其原理如圖所示．質(zhì)量為m的均勻細(xì)金屬桿MN與兩條豎直懸掛的絕緣輕彈簧相連，彈簧的勁度系數(shù)為k，在矩形區(qū)域abcd內(nèi)有勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直紙面向外，磁場邊界ab的長度為L1，bc的長度為L2，MN的長度為L3，且L3＞L1．當(dāng)MN中沒有電流通過且處于靜止時，MN與矩形區(qū)域的ad、bc中點(diǎn)連線重合，且指針指在標(biāo)尺的零刻度；當(dāng)MN中有電流通過時，指針示數(shù)可表示電流強(qiáng)度大小．MN始終在紙面內(nèi)且保持水平，重力加速度為g．

（1）當(dāng)電流表的示數(shù)為零時，求每條彈簧的伸長量；

（2）若兩輕質(zhì)彈簧的彈力為零，求金屬桿MN中電流的大小和方向；

（3）當(dāng)金屬桿中電流方向從M到N時，此電流表測量的最大值是多少？

Answer 1

【答案】(1) (2) N→M (3)

【解析】試題分析：對金屬桿受力分析，受重力和兩個拉力，根據(jù)平衡條件并結(jié)合胡克定律列式分析即可；對金屬桿受力分析，受重力和安培力，根據(jù)平衡條件求解安培力，根據(jù)FA=BIL求解電流大小，根據(jù)左手定則判斷電流方向；當(dāng)金屬桿中電流方向從M到N時，根據(jù)左手定則，安培力向下，根據(jù)平衡條件和胡克定律求解最大安培力，根據(jù)FA=BIL求解最大電流大小。

（1）設(shè)當(dāng)電流表示數(shù)為零時，每條彈簧的伸長量為△x，由二力平衡條件得：mg=2k△x

所以：

（2）彈簧的彈力為零時，金屬桿所受安培力應(yīng)該豎直向上，由左手定則可知，金屬桿中的電流方向為：N→M

由于彈簧的彈力為零，根據(jù)mg=BI1L1，

解得：

（3）設(shè)電流表滿偏時通過M到N的電流為Im，此時金屬桿到達(dá)ab磁場邊界，對桿受力分析根據(jù)平衡條件得：

解得：