(1)闭合电键K前,活塞受到:重力、弹簧的弹力和液体的压强产生的压力(大气产生的压力上下相互抵消).设这时液体的高度为h0,由受力平衡得:
mg+ρgh0?L2=F0 ①
F0是开始时弹簧的弹力.
闭合电键K后,电流的方向从右向左,根据左手定则可以判定安培力的方向向下,此时的受力平衡:
mg+ρgh?L2+BIL=F ②
此时向下的力增加了一个,故液体的压强产生的压力要减小,即液体的高度要减小,油柱的是上表面要下降.
(2)油柱上表面下降x,进入容器的液体的体积:△V=S?x
活塞下降的高度:x′=
=△V L2
?xS L2
液体的高度:h=h0?x+x′=h0?(
?1)x ③S L2
弹簧的弹力变化:F?F0=k?x′=
?kx④S L2
联立①②③④解得:B=
x⑤
?ρgL2(kS L2
?1)S L2 IL
(3)通过⑤式可以看出:增大电流I或减小液体的密度ρ,减小弹簧的劲度系数k,减小细管的面积等都可以实现.
答:(1)油柱下移
(2)磁感应强度B=
x
?ρgL2(kS L2
?1)S L2 IL
(3)I、L增大,k、ρ、S减小 ( 任意两个)