BIL、FL还有FLsin这三个符号在电路或物理计算里经常看到,千万别跟它们较劲儿。说到导体棒爬圆弧这个题目,很多人看到速度变零或者最大高度这类字眼,下意识就去列平衡方程。但我要告诉你一个残酷的现实:速度为零的那一瞬间,导体棒往往并不处于平衡状态。安培力、绳子拉力、重力这些力其实一直在变,合外力虽然暂时为零,它们却在相互接力换班呢。咱们就用两道例题把这里面的坑给彻底挖出来看个明白。 先看第一道题。光滑平行导轨水平放着,左边接个内阻忽略、电动势是E的电源,右边跟半径20厘米的两段圆弧导轨焊接在一起。有一根长20厘米、电阻1欧、重60克的导体棒被细线挂着。空间里有一个竖直向下的匀强磁场,磁感应强度是0.5特斯拉。开关一闭合,导体棒就开始沿圆弧摆动,当细线跟竖直方向成53度时速度刚好变成零。这时候你需要求出磁场的方向、电源的电动势、导体棒受到的安培力大小还有电源提供的电能。 这题得逐项拆解来看。磁场方向这块很简单,用左手定则就能直接定出来。导体棒往右边摆时安培力是水平向右的,左手定则一捏,磁场肯定是竖直向下的,选项A没问题。 接下来算电源的电动势。从最低点摆到最高点这段路程里,虽然速度变成了零,但这过程可没那么简单。安培力在做负功,绳子拉力也在变来变去,总体表现就是“重力加上安培力”一起把棒给拉回最低点。 咱们列个动能定理的式子: mgL(1减去cos53度)等于负的FL乘以sin53度。代入sin53度等于0.8,重力加速度取10米每二次方秒,算出来安培力F是0.3牛。再根据F等于BIL这个公式反推一下,电源电动势E就是3伏特了,选项B正确。 再看选项C里说安培力是3牛,这就犯了低级错误。最大高度那一瞬间速度是零没错,但那时候各个力的瞬时值都还在变着呢。刚才咱们已经算出F是0.3牛了,跟选项C的3牛差了整整一个量级。 最后是选项D关于电能的问题。这里有个很容易搞混的地方:电能可不全是焦耳热啊!导体棒在那儿来回摆动的时候,电源输出的电能有一部分变成了重力势能,另一部分才是变成内能的焦耳热。既然安培力做功不为零,那电源提供的电能自然也不为零。具体算下来结果是0.048焦耳。 最后我给大家总结一下记住这两条铁律:第一,最大高度可不是平衡状态;第二,安培力做功不一定等于零。只要导体棒在磁场里切割磁感线并且速度方向和安培力方向有夹角,安培力就会做功,电源也就会输出或者消耗电能。把这两个点刻进你的肌肉记忆里吧,下次再碰上“最大高度”这类的题就不会再被那个“零速度”给带偏节奏了。