专题1第2讲电磁学中的物体平衡(精).docx
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1、专题一力与物体的平衡m也学中前描钵率的。知识要点电磁学中的物体的平衡问题,除了涉及重力、 弹力和摩擦力之外,还涉及电磁学中的静电力、安 培力和洛伦兹力.与力学中的共点力平衡问题一样, 电磁学中的物体平衡问题也要遵循合力为零这一平 衡条件,所不同的是除了服从力学规律之外,还要 服从电磁学规律.这是解决电磁学中的物体平衡问 题的两条主线.同颗突破)【评析】通电导线(或导体棒)切割磁感线时.的平 衡问题,一般要综合应用受力分析、法拉第电磁感 应定律,左、右手定则和电路的知识.在这类问题 中,感应电流的产生和磁场对电流的作用这两种现 象总是相互联系的,而磁场力乂将电和力两方面问 题联系起来.(2)感应
2、电流在磁场中受到的安培力对 导线(或导体棒)的运动起阻碍作用,把机械能转化为 电能.(3)这类题目的特点是运动状态影响感应电流 在磁场内的受力,受力乂反过来影响运动,在动态 分析中找到稳定状态是解题的关键.何馥突破【同类变式】(2011 广东模拟)如图所示,U形平行金 属导轨与水平面成37 ,金属杆ab横跨放在导轨上, 其有效长度为0.5z,质鼠:为0.2依,与导轨间的动摩 擦因数为0.1 .空间存在/直向上的磁感应强度为27的 匀强磁场.要使ab杆在导轨上保持静止,则ab中的电 流大小应在什么范围?(设最大静摩擦力上,滑动摩擦力相等,g取10曲).3737。【解析】本题考查在斜面上通电导线的
3、平衡问题分析.先画出金属杆受力的 侧面图,由于安培力的大小与电流有关,因此改变电流的大小,可以改变安培力 的大小,也可以使导线所受的摩擦力发生方向的变化.由平衡条件可知,当电流 较小时,导线所受的摩擦力方向沿斜面向上.则 mgsin。= |i (mgcos6 + FsinO + FcosO,又 F = BI 1L, mg sin0 - p cos0 得 II = (=L21A.BLcosO + psinO当电流较大时,导线所受的摩擦力方向沿斜面向下.则 mgsinO + |i (mgcosO + FsinO = FcosO .又 F = BI 2 L, mg sinO - ji cosO 12
4、 = ( = 1.84A. 所以 1.21AI 1.84A. BLcosO + g sin9问题突破1.静电力作用下的物体平衡问题【例1】真空中彳i两点A和B和距10Toem,两点分别 宜有点电荷qA=+4Q和Qb=-Q现欲引入第三个点电荷 qc置某点,使qc引入后,三个点电荷受力均达到 平衡,求:(l)qc应置于何位置?qc应为正电荷还是负电荷?其电荷量应为多少?【解析】本题涉及库仑定律的应用和共点力平衡两方面的知识, 解决本题的关键在于:从力的平衡入手,依据平衡条件,通过 推理来确定点电荷q。应满足的条件.由q带异种电荷,所以q。只有放在AB连线的延长线上 才有可能平衡.考虑到所带的电疗较
5、大,则%只能置于AB延 K线靠B的外侧(如图所示).设离B的距离为X,根据库仑定律及 q。的平衡条件可得:k= k里得x =(/。+工厂 尸q(1h%/?同颗突破)即qc应置于AB延长线B外侧Kk”处.由于第三个电荷的 引入后,要保证三个点电荷受力均达到平衡,所以qc必 须带正电,电荷量可利用qe(或4人)的平衡条件来求: k骡 = k 竺,且x = l0,解得qc = 4Q6 x-间独突破2.静电力和重力共同作用下的物体平衡问题【例2】如图所示,一质量为M=L0Xl(r2kg,带电荷量 为(尸1.0 X 10-宽的小球,用绝缘细线悬挂在水平向右的 匀强电场中,假设电场足够大,静止时悬线向左与
6、竖直 方向成60角.小球在运动过程电荷质保持不变,重:力力II速度g=10in/s2.(结果保留2位仃效数字)求:(1)画出小球受力图并判断小球带何种电荷:(2)求电场强度E;(3)若在某时刻将细线突然剪断, 求经过1s时小球的速度v.同颗突破)【解析】(i)受力如图,小球带负电.(2)小球的电场力F = qEjll平衡条件得:qE = mgtanO.得E = L7*1()5n/C(3)剪断细线后小球做初速度为0的匀加速也线运动,经过1刷小球的速度为v.小球所受合外力巳=粤, cosO由牛顿第二定律有=ma.乂运动学公式:v = at. 口卜: 解得v = 20/s,速度方向g与竖直方向夹角为
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- 专题 电磁学 中的 物体 平衡
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