专题二电场力磁场力的物体平衡

第一部分专题一力与物体的平衡物理2012·高考专题辅导与训练第二讲电场力、磁场力作用下物体的平衡第一部分专题一力与物体的平衡物理2012·高考专题辅导与训练一、静电力1．正电荷所受静电力的方向与电场方向______，负电荷所受静电力的方向与电场方向__________2．静电力是一种性质力，分析有关静电力问题的方法同力学的分析方法，只不过是比力学中多了一个电场力而已．相同相反．第一部分专题一力与物体的平衡物理2012·高考专题辅导与训练二、安培力1．方向：用左手定则判定．F一定垂直于I、B，I、B可以互相垂直也可以互相不垂直，I、B任一量反向，F也反向．2．大小：F＝BIL.(1)此式只适用于B和I互相垂直的情况，且L是导线的_____长度．(2)当导线电流I与磁场B平行时，F最小＝0.有效第一部分专题一力与物体的平衡物理2012·高考专题辅导与训练三、洛伦兹力1．洛伦兹力方向既与电荷的运动方向垂直，又与磁场方向垂直，所以洛伦兹力方向总是垂直于运动电荷的速度方向和磁场方向所确定的_________2．由于洛伦兹力方向总与电荷运动方向垂直，所以洛伦兹力对电荷永不________3．洛伦兹力的大小：F洛＝qvBsinθ，θ为v与B的夹角．当θ＝90°时，F洛＝qvB，此时，电荷受到的洛伦兹力最大；当θ＝0°或180°时，F洛＝0，即电荷在磁场中平行于磁场方向运动时，电荷不受洛伦兹力作用；当v＝0时，F洛＝0，说明磁场只对______的电荷产生力的作用．平面．做功．运动第一部分专题一力与物体的平衡物理2012·高考专题辅导与训练1．对于静电力作用下的电荷的平衡问题，常用的解题方法有：正交分解法、相似三角形法、动态分析法等．2．对于安培力、洛伦兹力作用下的平衡问题，常常需要画出侧视图、截面图，将立体情境转化为平面问题．第一部分专题一力与物体的平衡物理2012·高考专题辅导与训练解决带电体的平衡问题时，首先明确研究对象，对带电体进行受力分析，尤其注意其余的带电体对它的库仑力，根据带电种类确定库仑力的方向，利用物体的平衡条件列方程进行求解．电场力重力作用下带电体的平衡第一部分专题一力与物体的平衡物理2012·高考专题辅导与训练(2011·辽宁大连市第二次模拟)如图1－2－1所示，放在水平地面上的光滑绝缘圆筒内有两个带正电小球A、B，A位于筒底靠在左侧壁处，B在右侧筒壁上受到A的斥力作用处于静止．若A的电量保持不变，B由于漏电而下降少许重新平衡，下列说法正确的是A．A对筒底的压力变小B．B对筒壁的压力变大C．A、B间的库仑力变小D．A、B间的电势能减小第一部分专题一力与物体的平衡物理2012·高考专题辅导与训练【答案】B【解析】取AB整体受力分析知A对筒底的压力大小等于AB物体重力之和不变，A错；对B受力分析如右图，F库＝mgsinθ，FN＝mgtanθ，B由于漏电而下降，即θ减小，F库增大，FN增大，故B对，C错；AB间靠近，库仑斥力做负功，电势能增大，D错．第一部分专题一力与物体的平衡物理2012·高考专题辅导与训练1．分析带电体的平衡问题常用的方法有正交分解法，对连接体问题，常常是先整体后隔离进行分析．2．带电体的重力是否考虑，应视具体情况而定：(1)基本粒子：如电子、质子、α粒子、离子等除有说明或明确的暗示以外，一般都不考虑重力(但并不忽略质量)．(2)带电颗粒：如液滴、油滴、尘埃、小球等，除有说明或明确的暗示以外，一般都不能忽略重力．第一部分专题一力与物体的平衡物理2012·高考专题辅导与训练1．把一带正电小球a放在光滑绝缘斜面上，欲使小球a能静止在如图1－2－2所示的位置上，需在MN间放一带电小球b，则A．带正电，放在A点B．带负电，放在A点C．带负电，放在C点D．带正电，放在C点第一部分专题一力与物体的平衡物理2012·高考专题辅导与训练解析小球b放在A点，若小球b带正电，小球a受到小球b竖直向上的排斥力F，当F＝mg时，小球a可以静止在如图的位置上，A正确；小球b放在A点，若小球b带负电，小球a受到小球b竖直向下的吸引力作用，小球a受到的三个力(重力、弹力、电场力)的合力不可能为零，小球a不能处于静止状态，B错误；小球b放在C点，若小球b带正电，小球a受到小球b的排斥力，方向沿C点和小球a的连线斜向上，小球a受到的三个力(重力、弹力、电场力)的合力不可能为零，小球a不能处于静止状态，第一部分专题一力与物体的平衡物理2012·高考专题辅导与训练D错误；小球b放在C点，若小球b带负电，小球a受到小球b的吸引力作用，方向沿C点和小球a的连线斜向下，小球a受到的三个力(重力、弹力、电场力)的合力可以为零，小球a可以处于静止状态，C正确．答案AC第一部分专题一力与物体的平衡物理2012·高考专题辅导与训练如图1－2－3所示，匀强电场方向水平向右，匀强磁场方向垂直于纸面向里．一质量为m、带电荷量为q的微粒以速度v与磁场垂直、与电场成θ角射入复合场中，恰好做匀速直线运动．求电场强度E和磁感应强度B的大小．重力电场力洛伦力作用下物体的平衡第一部分专题一力与物体的平衡物理2012·高考专题辅导与训练【审题指导】由于不知带电粒子的正负，所以可用假设的方法，但要注意粒子受力必须平衡，以保证粒子做匀速直线运动．【解析】假设微粒带负电，则所受电场力方向向左，洛伦兹力斜向右下方，这样微粒不可能做匀速直线运动，即使考虑重力也不可能，故推出微粒带正电且必须受重力，合力才能为零．受力图如右图所示，将各力分别沿水平方向和竖直方向分解．第一部分专题一力与物体的平衡物理2012·高考专题辅导与训练水平方向：qE＝qvBsinθ，竖直方向：mg＝qvBcosθ，联立解出B＝mgqvcosθ，E＝mgtanθq.【答案】mgtanθqmgqvcosθ第一部分专题一力与物体的平衡物理2012·高考专题辅导与训练由于F洛＝qvB，方向始终与B方向垂直，因此带电粒子在混合场内做直线运动时一定是匀速直线运动，即重力、静电力和洛伦兹力的合力为零，常作为综合性问题的隐含条件．第一部分专题一力与物体的平衡物理2012·高考专题辅导与训练2．(2011·安徽合肥模拟题)在例2中若在某时刻撤去电场，则在此后的一小段时间内，带电质点将A．可能做直线运动B．可能做匀减速运动C．一定做曲线运动D．可能做匀速圆周运动解析带电质点在运动过程中，重力做功，速度大小和方向发生变化，洛伦兹力的大小和方向也随之发生变化，故带电质点不可能做直线运动，也不可能做匀减速运动和匀速圆周运动，C正确．答案C第一部分专题一力与物体的平衡物理2012·高考专题辅导与训练解决安培力作用下物体的平衡问题时，根据需要画出导体棒受力的正视图或侧视图、俯视图，然后分析导体棒受力，利用平衡方程进行求解．安培力作用下导体棒的平衡问题第一部分专题一力与物体的平衡物理2012·高考专题辅导与训练(2011·天津理综)(18分)如图1－2－4所示，两根足够长的光滑平行金属导轨MN、PQ间距为l＝0.5m，其电阻不计，两导轨及其构成的平面均与水平面成30°角．完全相同的两金属棒ab、cd分别垂直导轨放置，每棒两端都与导轨始终有良好接触，已知两棒质量均为m＝0.02kg，电阻均为R＝0.1Ω，整个装置处在垂直于导轨平面向上的匀强磁场中，磁感应强度B＝0.2T，棒ab在平行于导轨向上的力F作用下，沿导轨向上匀速运动，而棒cd恰好能够保持静止．取g＝10m/s2，问第一部分专题一力与物体的平衡物理2012·高考专题辅导与训练(1)通过棒cd的电流I是多少，方向如何？(2)棒ab受到的力F多大？(3)棒cd每产生Q＝0.1J的热量，力F做的功W是多少？第一部分专题一力与物体的平衡物理2012·高考专题辅导与训练【规范解答】解：从b端向a看，ab棒受力图．(1)棒cd受到的安培力为Fcd＝IlB(2分)棒cd在共点力作用下平衡，则Fcd＝mgsin30°(2分)由①②式，代入数据解得I＝1A(1分)根据楞次定律可知，棒cd中的电流方向由d至c(1分)(2)棒ab与棒cd受到的安培力大小相等Fab＝Fcd(2分)对棒ab，由共点力平衡知F＝mgsin30°＋IlB(2分)代入数据解得F＝0.2N(1分)第一部分专题一力与物体的平衡物理2012·高考专题辅导与训练(3)设在时间t内棒cd产生Q＝0.1J的热量，由焦耳定律知Q＝I2Rt(2分)设棒ab匀速运动的速度大小为v，其产生的感应电动势E＝Blv由闭合电路欧姆定律知I＝E2R(2分)由运动学公式知在时间t内，棒ab沿导轨的位移x＝vt(1分)力F做的功W＝Fx(1分)综合上述各式，代入数据解得W＝0.4J(1分)答：(1)1A方向由d至c(2)0.2N(3)0.4J第一部分专题一力与物体的平衡物理2012·高考专题辅导与训练解安培力作用下物体平衡问题步骤是：(1)根据需要画出物体受力的正视图、侧视图或俯视图，将立体情境转化为平面问题．(2)画出受力示意图．(3)根据平衡条件列方程．第一部分专题一力与物体的平衡物理2012·高考专题辅导与训练3．(2011·广东珠海模拟)如图1－2－5所示，在倾角为θ的斜面上固定两条光滑导轨MN、PQ，电阻不计，导轨处于垂直于斜面向上的匀强磁场中．在导轨上放置一质量为m的金属棒ab，并对其施加一平行斜面向上的恒定的作用力，使其加速向上运动．某时刻在导轨上再由静止放置一个与ab相同的金属棒cd，cd棒恰好能保持静止，且ab棒同时由加速运动变为匀速运动，则A．外力大小为mgsinθB．外力大小为2mgsinθC．放置cd棒前外力的功率保持不变D．金属棒cd受到的安培力大小为mgsinθ第一部分专题一力与物体的平衡物理2012·高考专题辅导与训练解析cd棒置于导轨上时，恰好能保持静止，说明受到的安培力与重力沿斜面向下的分力相等，即F安＝mgsinθ，所以D项正确．cd棒置于导轨上之前，ab棒虽然切割磁感线，产生感应电动势，但不能形成回路，没有电流，不受安培力，放上cd棒瞬间电路闭合，产生了电流，也就会受到安培力，此时ab棒匀速运动，故有F外＝mgsinθ＋F安，显然F外＝2mgsinθ，B项正确，A项错误；放置cd棒前外力不变，速度不断增大，所以外力的功率逐渐增大，C项错误．答案BD第一部分专题一力与物体的平衡物理2012·高考专题辅导与训练命题角度对于本部分知识，库仑力作用下带电体的平衡有可能是2012年高考命题的知识点，因为此类题目即能考查电场力的知识，又能考查共点力的平衡知识．导体棒在安培力作用下的平衡仍将是2012年高考命题的知识点，并且此类题目有可能以计算题的形式出现，综合性较强.第一部分专题一力与物体的平衡物理2012·高考专题辅导与训练如图1－2－6所示，将两个摆长均为l的单摆悬于O点，摆球质量均为m，带电荷量均为q(q＞0)．将另一个带电荷量也为q(q＞0)的小球从O点正下方较远处缓慢移向O点，当三个带电小球分别处在等边三角形abc的三个顶点上时，摆线的夹角恰好为120°，则此时摆线上的拉力大小等于A.3mgB．mgC．23·kq2l2D.3·kq2l2第一部分专题一力与物体的平衡物理2012·高考专题辅导与训练【解析】对a处小球进行隔离分析，如图所示，小球处于平衡状态，则FOasin30°＋Fqcos30°＝mg，FOacos30°＝Fq＋Fqsin30°，联立解得FOa＝mg，又利用对称性可知FOa＝FOb，则选项B正确．【答案】B第一部分专题一力与物体的平衡物理2012·高考专题辅导与训练如图1－2－7甲所示，一质量为m、通有电流I的导体棒ab置于倾角为θ、宽度为d的光滑平行导轨上，图乙是从b向a方向观察时的平面视图，欲使导体棒ab能静止在斜轨上，可在导轨所在的空间加一垂直于导体棒ab的匀强磁场，图乙中水平、竖直或平行斜轨、垂直斜轨的①②③④⑤五个箭头分别表示磁场的可能方向．下列关于该磁场的大小及方向的说法中正确的是第一部分专题一力与物体的平衡物理2012·高考专题辅导与训练A．磁场磁感应强度的最小值为mgIdB．磁场磁感应强度的最