1、原题目:如图,水平光滑导轨接有电源,电动势为E,内电阻为r,其它的电阻不计,导轨上有三根导体棒a、b、c,长度关系为c最长,b最短,将c弯成一直径与b等长的半圆,整个装置置下向下的匀强磁场中,三棒受到安培力的关系为() A.Fa>Fb>Fc B.Fa=Fb=FcC.Fb<Fa<Fc D.Fa>Fb=Fc
2、【题目分析】:本题考查磁场中通电导帧霭绎郎线所受安培力情况,知识点在选修3-1第三章磁场第四节:通电导线在磁场中受到的力。1、力的大小公式:F=ILBsinθ,θ为B与电流I间的夹角,即B与I不垂直时的夹角(见下图)。本题中a、b两条导线所在平面与磁感线垂直(纸面上和垂直纸面向里),所以不需考虑夹角问题,直接使用F=ILB运算,因为La>Lb,所以Fa>Fb。
3、关于Fb与Fc的大小关系证明(1):如图:假设A、C两点分别落在两条导轨上,AB与BC长度任意,夹角任意,电流方向A-B-C。OP为AB段所受安培力,OM为BC段所受安培力,根据左手定则,可判断两段导线所受安培力的方向分别为AB、BC段的垂直平分线方向,大小与AB、BC的长度成正比。O点为两线交点,同时也是三角形ABC的外接圆圆心,所以OP和OM是共点力,ON是其合力。由于三角形ABC与三角形OMN相似,根据几何关系能确定ON与AC所受安培力大小相同。延长ON与AC 相交,因为 角1=角2=角3,所以角2所在三角形与角3所在三角形相似,所以ON垂直于AC,所以ON的方向与AC所受安培力方向相同。所以ON就是AC所受安培力,所以ABC导线所受安培力等效于AC所受安培力。
4、关于Fb与Fc的大小关系证明(2)如图,A-1-2导线等效于A-2,A-2-3等效A-3,以此类推A-1-2-3-4-5-6-B等效于AB,同理利用微元法,确定题中弧形导线c所受安培力等效于直导线b.综上所述:Fa>Fb=Fc,答案选D.