解题思路:(1)a、先求出金属棒MN向右滑行的位移,得到回路磁通量的变化量△Φ,再由法拉第电磁感应定律求得E的表达式;
b、棒向右运动时,电子具有向右的分速度,受到沿棒向下的洛伦兹力,f=evB,棒中电子在洛伦兹力的作用下,电子从M移动到N的过程中,非静电力做功W=evBl,根据电动势定义E=[W/q]解得E.
(2)小球随管向右运动的同时还沿管向上运动,洛伦兹力不做功,将洛伦兹力进行正交分解,小球在水平方向做匀速运动,管的支持力F对小球做正功.
(1)a.如图1所示,在一小段时间△t内,金属棒MN的位移为:△x=v△t
这个过程中线框的面积的变化量为:△S=l△x=lv△t
穿过闭合电路的磁通量的变化量为:△Φ=B△S=Blv△t
根据法拉第电磁感应定律为:E=[△Φ/△t]
解得:E=Blv
b.如图2所示,棒向右运动时,电子具有向右的分速度,受到沿棒向下的洛伦兹力为:f=evB
电子在f的作用下,电子从M移动到N的过程中,非静电力做功为:W=evBl
根据电动势定义为:E=[W/q]
解得:E=Blv
(2)小球随管向右运动的同时还沿管向上运动,其速度如图3所示.小球所受洛伦兹力f合如图4所示.将f合正交分解如图5所示.
球除受到洛伦兹力f合外,还受到管对它向右的支持力F,如图6所示.
洛伦兹力f合不做功:Wf合=0
沿管方向,洛伦兹力f做正功为:W1=fl=qvBl
垂直管方向,洛伦兹力f′变力,做负功为:W2=-W1=-qvBl
由于小球在水平方向做匀速运动,则有:F=f′
因此,管的支持力F对小球做正功为:WF=qvBl
答:(1)根据法拉第电磁感应定律E=[△φ/△t]推导金属棒MN中的感应电动势E见上;根据电动势的定义,推导金属棒MN中的感应电动势E见上.
(2)管的支持力F对小球做正功为qvBl.
点评:
本题考点: 导体切割磁感线时的感应电动势;洛仑兹力.
考点点评: 本题要掌握推导感应电动势E=BLv两种方法,建立物理模型,理清思路是关键.对于洛伦兹力,要抓住其不做功的特点,也可以运用正交分解法研究:两个分力做功的代数和为零,从而求出支持力做功.