高考物理第二輪復(fù)習(xí)課件2 電磁學(xué)中的物體平衡

1、專(zhuān)題一 力與物體的平衡 第2講電磁學(xué)中的物體平衡1庫(kù)侖力：F= k ，方向沿 兩點(diǎn)電荷 的連線2電場(chǎng)力：F= qE 3安培力：F= BIlsinq ，其中q是 B與l 的夾角，方向由左手定則判定 4洛倫茲力：F= qvBsinq ，其中q是 B與v 的夾角，方向由左手定則判定 洛倫茲力特點(diǎn)：洛倫茲力永遠(yuǎn)不 做功 ，只能改變帶電粒子的 速度 和動(dòng)量，不能改變帶電粒子的 速率 和動(dòng)能。 方法指導(dǎo)： 在從題給的條件出發(fā)，根據(jù)電磁力的特點(diǎn)，認(rèn)真分析好物體所受的電磁力(包括電場(chǎng)力、安培力、洛倫茲力等)后，電磁學(xué)中的物體平衡問(wèn)題就轉(zhuǎn)化為力學(xué)中的物體平衡問(wèn)題后續(xù)的解題方法與力學(xué)中的物體平衡問(wèn)題解題方法相同，

2、詳見(jiàn)專(zhuān)題一第一講 1靜電力作用下的物體平衡問(wèn)題【例1】三個(gè)電荷量均為Q(帶正電)的小球，放在水平絕緣的桌面上，分別位于等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)，如圖所示在三角形的中心O點(diǎn)應(yīng)放置什么性質(zhì)的電荷，才能使三個(gè)帶電小球都處于靜止?fàn)顟B(tài)？其電荷量是多少？2靜電力和重力共同作用下的物體平衡問(wèn)題【例2】如圖所示，空氣中有兩個(gè)帶同種電荷的小球A、B，A被長(zhǎng)為l的絕緣細(xì)繩懸于固定點(diǎn)O，B被絕緣支架固定于O點(diǎn)的正下方l處，由于緩慢漏電，A 球緩慢下降，則在此過(guò)程中繩的拉力和兩球間的庫(kù)侖斥力大小如何變化？【切入點(diǎn)】A球緩慢下降可視為以很小的速度勻速運(yùn)動(dòng)，屬于平衡狀態(tài)，A球受三力可根據(jù)力三角形與幾何三角形的相似求解 【解析

3、】A球受到重力mg，B球?qū)λ膸?kù)侖斥力F1和懸線的拉力F2的作用，由于漏電A球緩慢下降的過(guò)程中始終處于平衡狀態(tài)，則F1與F2的合力與mg等大反向由幾何關(guān)系可知力的三角形和三角形 OAB相似，如圖所示，則 有，由于mg不變，d 逐漸減小，所以兩球間的庫(kù)侖斥力減小，繩的拉力不變 答案：繩的拉力不變庫(kù)侖斥力減小【例3】有三根長(zhǎng)度皆為 L=1.0m 的不可伸長(zhǎng)的絕緣輕線，其中兩根的一端固定在天花板上的O點(diǎn)，另一端分別掛有質(zhì)量皆為 的帶電小球A和B，它們的電荷量分別為-q和+q， ，A、B之間用第三根線連接起來(lái)空間中存在大小為 的勻強(qiáng)電場(chǎng)，場(chǎng)強(qiáng)方向沿水平向右，平衡時(shí)A、B球的位置如圖所示現(xiàn)將 OB 之間

4、的線燒斷，由于有空氣阻力， A 、B 球最后會(huì)達(dá)到新的平衡位置求最后兩球的機(jī)械能與電勢(shì)能的總和與燒斷前相比改變了 多少( 不計(jì)兩帶電小球間相互作用的靜電力)【切入點(diǎn)】平衡與能量綜合問(wèn)題應(yīng)從受力分析入手，確定新平衡位置再計(jì)算能量變化 【解析】圖(1)中虛線表示A、B球原來(lái)的平衡位置，實(shí)線表示燒斷后重新達(dá)到平衡的位置，其中a、b分別表示細(xì)線OA、AB 與豎直方向的夾角A球受力如圖 (2)所示由平衡條件： T1sina+T2sinb=qE， T1cosa=mg+T2cosb B球受三力作用，受力如圖(3)所示 由平衡條件：T2sinb=qE， ，T2cosb=mg聯(lián)立以上各式并代入數(shù)據(jù)，得a=0，b

5、=45由此可知，A、B球重新達(dá)到平衡的位置如圖與原來(lái)位置相比，A球的重力勢(shì)能減少了EA=mgL(1-sin60)B球的重力勢(shì)能減少了EB=mgL(1-sin60+cos45)A球的電勢(shì)能增加了WA=qELcos60 B球的電勢(shì)能減少了WB=qEL(sin45-sin30)兩種勢(shì)能總和減少了W=WB-WA+EA+EB 代入數(shù)據(jù)解得答案：【點(diǎn)評(píng)】 (1)本題將帶電體的平衡問(wèn)題與能量問(wèn)題相結(jié)合，關(guān)鍵是分析OB之間的線燒斷后AB線及OA線與豎直方向的夾角問(wèn)題的實(shí)質(zhì)是要在受力分析的基礎(chǔ)上處理好平衡問(wèn)題(2)在不用考慮相互作用的幾個(gè)物體內(nèi)部的某些細(xì)節(jié)時(shí)，可利用整體法求解，常可收到化難為易、化繁為簡(jiǎn)、事半功

6、倍的效果當(dāng)研究?jī)?nèi)部之間的相互作用時(shí)，應(yīng)采用隔離法隔離法與整體法常需要交叉使用，從而使解題思路和方法更簡(jiǎn)捷明了整體法與隔離法是解決物理問(wèn)題時(shí)常用的基本思維方法本題若用整體法極容易求解OA繩與豎直方向的夾角，不妨一試3重力、電場(chǎng)力和 磁場(chǎng)力共 同作用下的物體平衡問(wèn)題【例4】設(shè)在地面上方的真空室內(nèi)，存在勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)已知電場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向是相同的，電場(chǎng)強(qiáng)度的大小E=4.0V/m，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小B=0.15T.今有一個(gè)帶負(fù)電的質(zhì)點(diǎn)以v=20m/s的速度在此區(qū)域內(nèi)沿垂直場(chǎng)強(qiáng)方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)，求此帶電質(zhì)點(diǎn)的電荷量與質(zhì)量之比q/m以及磁場(chǎng)所有可能的方向(角度可用反三角函數(shù)表示) 【切入點(diǎn)】

7、帶電質(zhì)點(diǎn)無(wú)特別說(shuō)明則一定要考慮重力； 做勻速直線運(yùn)動(dòng)，重力、電場(chǎng)力、洛倫 茲力三 個(gè)力的合力一定為零 【解析】 根據(jù)帶電質(zhì)點(diǎn)做勻速直 線運(yùn) 動(dòng)的條件，得知此帶電質(zhì) 點(diǎn)所受的重力、電場(chǎng)力和洛倫茲 力的合力必定為零由此推知此 三個(gè)力在同一豎直平面內(nèi)，如圖 所示質(zhì)點(diǎn) 的速度垂直紙面向外 (2011六校聯(lián)考模擬) 宇航員在探測(cè)某星球時(shí)有如下發(fā)現(xiàn)：(1)該星球帶負(fù)電，而且?guī)щ娋鶆颍?2)該星球表面沒(méi)有大氣；(3)在一次實(shí)驗(yàn)中，宇航員將一個(gè)帶電小球(小球的帶電量遠(yuǎn)小于星球的帶電量)置于離星球表面某一高度處無(wú)初速釋放，帶電小球恰好能處于懸浮狀態(tài)如果選距星球表面無(wú)窮遠(yuǎn)處為電勢(shì)零點(diǎn)，則根據(jù)以上信息可以推斷()

8、A小球一定帶正電 B小球的電勢(shì)能一定小于零 C只改變小球的電荷量，從原高度無(wú)初速釋放后，小球 仍將處于懸浮狀態(tài) D只改變小球離星球表面的高度，無(wú)初速釋放后，小球 仍將處于懸浮狀態(tài) 【解析】 小球處于懸浮狀態(tài)，一定是受庫(kù)侖斥力和萬(wàn)有引力且二力平衡故小球一定帶負(fù)電，系統(tǒng)的電勢(shì)能一定大于零又庫(kù)侖力和萬(wàn)有引力均與距離的平方成反比故只有D對(duì)4與安培力相關(guān)的平衡問(wèn)題 【例5】 如圖所示，在傾角為 q 且用絕緣材料做成的斜面上，放一個(gè)質(zhì)量為m，電荷量為+q的小滑塊，滑塊與斜面的動(dòng)摩擦因數(shù)為(tanq)，整個(gè)裝置處在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B ，方向垂直斜面向上求小滑塊在斜面上運(yùn)動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定時(shí)的速度大小和方向

9、【點(diǎn)評(píng)】 解答本題的關(guān)鍵是： (1)能夠想象出滑塊的受力情況并能用不同視表示出來(lái)同時(shí)注意運(yùn)用“摩擦力 Ff 與速度v反向,F洛與v相垂直”尋找力方向間的關(guān)系 (2)會(huì)分析滑塊達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)時(shí)與所求速度相 關(guān)的條件 【例6】(2011雅禮中學(xué)模擬)如圖所示，寬度為L(zhǎng)的足夠長(zhǎng)的平行金屬導(dǎo)軌MN、PQ的電阻不計(jì)，垂直導(dǎo)軌水平放置一質(zhì)量為m電阻為R的金屬桿CD，整個(gè)裝置處于垂直于導(dǎo)軌平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，導(dǎo)軌平面與水平面之間的夾角為 q，金屬桿由靜止開(kāi)始下滑，動(dòng)摩擦因數(shù)為，下滑過(guò)程中重力的最大功率為 P ，求磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小 【點(diǎn)評(píng)】 (1)通電導(dǎo)線(或?qū)w棒)切割磁感線時(shí)的平衡問(wèn)題，一般要綜合應(yīng)用受力分析、法拉第電磁感應(yīng)定律，左、右手定則和電路的知識(shí)在這類(lèi)問(wèn)題中，感應(yīng)電流的產(chǎn)生