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=
=Fy m qvB m
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=v2+ v 2yN
vyN=
=2ayL 2qvBL m
小球离开N口后作圆周运动的半径R=
=muN qB 2qvBLm+m2v2 qB
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=
m1 2
-u 2N
mv2=qvBL1 2
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
.2qvBLm+m2v2 qB
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.