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学习
（24-25高二上·辽宁大连·阶段练习）如图所示，水平面上有电阻不计的U形导轨NMPQ，它们之间的宽度L = 0.2 m，现垂直导轨放置一根质量m = 0.24 kg的金属棒ab，M和P之间接入一电源，回路中电流大小恒定为I = 2 A，在导轨间加一个范围足够大的匀强磁场且磁场方向始终与金属棒垂直，方向与水平面间夹角θ可调，重力加速度g = 10 m/s2，sin37° = 0.6，cos37° = 0.8。求：
(1)请画出图示情况下，沿ba方向观察金属棒时的受力分析平面图；
(2)当磁感应强度的大小B = 3 T，方向与水平面成θ = 37°角时，ab棒恰好处于静止状态，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则导体棒与轨道间的动摩擦因数μ为多大？
(3)若要使ab棒所受支持力为零，B的大小至少为多少？此时B的方向如何？
【答案】(1)
(2)0.5
(3)6 T，方向为水平向右
【知识点】通电导线在磁场中的作用力方向、安培力的计算式及简单应用
【详解】（1）金属棒必然受到竖直向下的重力，以及导轨对金属棒竖直向上的支持力；由电路图可知，金属棒中的电流有a指向b，由左手定则可知，金属棒受到的安培力垂直于磁场指向左上方，与竖直方向的夹角为θ；由安培力斜向左上方可知，金属棒有相对导轨向左运动的趋势，导轨会对金属棒有水平向右的摩擦力，金属棒受力分析如图所示。
（2）由题意可知，金属棒恰好平衡，此时摩擦力为最大静摩擦力，与滑动摩擦力大小相等，受力分析可知，对导体棒在竖直方向上
在水平方向上
滑动摩擦力
安培力
联立可得
（3）若金属棒受到的支持力为0，则金属棒对导轨的压力也为0，摩擦力也为0，对金属棒受力分析如图所示
对金属棒受力分析可知
解得
即B′至少为6 T，由左手定则可知，此时磁感应强度的方向为水平向右。