如图10-2-12所示，质量为60g的金属棒长为L1=20cm，棒两端与长为L2=30cm的细软金属线相连，吊在磁感应强度B=0.5T、竖直向上的匀强磁场中.当金属棒中通过稳恒电流I后，金属棒向纸内摆动，摆

Question

如图10-2-12所示，质量为60 g的金属棒长为L₁=20 cm，棒两端与长为L₂=30 cm的细软金属线相连，吊在磁感应强度B=0.5 T、竖直向上的匀强磁场中.当金属棒中通过稳恒电流I后，金属棒向纸内摆动，摆动过程中的最大偏角θ=60 °（取g=10 m/s²）.则下列说法中正确的是(    )

图10-2-12

①金属棒中电流方向水平向右，电流大小为6A

②金属棒中电流方向水平向左，电流大小为2A

③当偏角θ=60 °时，金属棒受到的合力为零

④金属棒在摆动过程中动能的最大值为2.78×10^-2J

A.只有①正确                         B.①③正确

C.只有②正确                         D.②④正确

Answer 1

解析：从右向左看此装置可画出如右图的物理情景和受力图.根据左手定则判定电流方向为图中向里，在原图中向左；由于安培力和重力是恒力，所以它们的合力也是恒力，当它与线的拉力平衡时，金属棒的动能最大，根据对称性，与竖直方向成30°时动能最大.在此位置有：mgtan30°=BIL₁，可得I==2A，在向上摆动30°的过程中由动能定理可得：BIL₁s-mgh=ΔE_k=E_k，其中s=L₂sin30°和h=L₂（1-cos30°），带入计算得E_k=2.78×10^-2J，所以选项D正确.

答案：D