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如图甲,磁感强度为 B 的匀强磁场方向竖直向下,长 L 直金属棒从MN置于光滑水...

如图甲,磁感强度为 B 的匀强磁场方向竖直向下,长 L 直金属棒从MN置于光滑水平桌面,以恒定的水平速度v向右进入磁场,v与 L 垂直,磁场范围足够大.
(1)MN 棒两端电势差多大?哪端电势高?
(2)如果将金属棒换成内壁光滑绝缘的空心细管,管内 M 端有一带正电的小球 P,如图乙(俯视图),小球带电量 q、质量为m,开始时球相对管静止,当管子进入磁场后,小球会相对管子由 M 端向 N 端运动.
①球从管子的另一端 N 离开管口后,在磁场中的运动半径多大?
②分析小球从管的 M 端运动到 N 端过程中哪些力对小球做功?做多少功?

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(1)MN棒切割磁感线产生感应电动势,其两端电势差等于感应电动势,由E=BLv求出,由右手定则判断电势高低; (2)①进入磁场后,管中小球的运动是向右匀速运动和沿管由M向N的加速运动的合运动.将洛伦兹力分解,根据牛顿第二定律求得小球的加速度,由运动学求出小球相对于速度运动的速度,由速度合成求出相对磁场的速度,再求在磁场中运动半径. ②根据动能定理求管壁对小球做功. 【解析】 (1)MN 棒两端电势差UMN=E=BLv. 由右手定则判断得知N点电势高; (2)①进入磁场后,管中小球的运动是向右匀速运动和沿管由M向N的加速运动的合运动. 设某时刻小球相对于管的速度为vy,相对于磁场的速度为u. 小球受到的磁场力F与u垂直,F可分解为两个互相垂直的分量:沿与v相反方向的Fx和沿MN方向的Fy,如图所示,其中     Fy=qvB     Fx=qvyB 设小球相对管子运动的加速度为ay,则    ay== 可见,从M到N,ay不变,球相对管子作匀加速运动,设球到达N端时相对管的速度为vyN,相对磁场的速度为uN,则    uN=    vyN== 小球离开N口后作圆周运动的半径R== ②小球从管的 M 端运动到 N 端过程中,只有管壁对小球压力对小球做功 W=-=qvBL 答:(1)MN 棒两端电势差为BLv.N点电势高; (2)①小球离开N口后作圆周运动的半径为. ②小球从管的 M 端运动到 N 端过程中,只有管壁对小球压力对小球做功qvBL.
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考点分析:
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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