专题1第2讲电磁学中的物体平衡.ppt

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． 专题一　力与物体的平衡 1．静电力作用下的物体平衡问题 【例1】真空中有两点A和B相距l0=10cm，两点分别置有点电荷qA=+4Q和qB=-Q.现欲引入第三个点电荷qC置于某点，使qC引入后，三个点电荷受力均达到平衡，求： (1)qC应置于何位置？ (2)qC应为正电荷还是负电荷？其电荷量应为多少？ 【例2】如图所示，一质量为m=1.0×10-2kg，带电荷量为q=1.0×10-6C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，静止时悬线向左与竖直方向成60°角．小球在运动过程电荷量保持不变，重力加速度g=10m/s2.(结果保留2位有效数字)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. 2．静电力和重力共同作用下的物体平衡问题 【同类变式】两个带电小球分别位于光滑且绝缘的竖直墙壁和水平地面上，B球在水平力F的作用下静止于如图所示位置，现将B球向左推过一小段距离，试讨论：重新平衡后它们之间的距离，推力F及B球对地压力各将如何变化？ 【解析】以A、B为整体进行研究，受力分析如图所示，竖直方向FN1=mAg+mBg，故FN1不变．由牛顿第三定律得B球的对地压力不变． 又因为B球向左运动，θ减小． 对A球：F库cosθ=mAg，θ减小，则cosθ增大，故F库减小，从而知A、B间距离增大． 对B球：在水平方向上，推力F=F库×sinθ，F库减小，θ减小，可得F减小． (3)特别应引起注意的是：弹簧既可被拉伸，提供拉力，又可以被压缩，提供推力或支持力，还可能不伸不缩．遇到弹簧问题要根据题设条件先判断出形变情况．从而确定弹力的方向．若形变情况不可预知，应全面分析可能的形变情况． (4)弹簧与绳的弹力不同的特点有：轻绳只能提供拉力或力为零(松弛或直而不绷状态)，不能提供推力，发生的形变在瞬间内可以变化，因而张力可以突变；轻弹簧既可以提供拉力或力为零(原长状态)，也可提供推力；发生的形变在瞬间内不变化，因而弹力不突变． 【例3】设在地面上方的真空室内，存在匀强电场和匀强磁场．已知电场强度和磁感应强度的方向是相同的，电场强度的大小E=4.0V/m，磁感应强度的大小B=0.15T.今有一个带负电的质点以v=20m/s的速度在此区域内沿垂直场强方向做匀速直线运动，求此带电质点的电荷量与质量之比q/m以及磁场所有可能的方向(角度可用反三角函数表示)． 3．重力、电场力和磁场力共同作用下的物体平衡问题 【同类变式】如图所示，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q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． 【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．受力图如图所示，将各力分别沿水平方向和竖直方向分解． 水平方向：qE=qvBsinq 竖直方向：mg=qvBcosq 联立解出B= ，E= 【例4】如图所示，MN、PQ是间距为L，与水平面成q角的两条平行光滑且足够长的金属导轨，其电阻忽略不计．空间存在着磁感应强度为B，方向垂直于导轨平面向上的匀强磁场．导体棒ab、cd垂直于导轨放置，且与导轨接触良好，每根导体棒的质量均为m，电阻均为R，其中ab棒被平行于导轨的绝缘细线固定．今将cd棒由静止释放，其达到最大速度时下滑的距离为l，若细线始终未被拉断， 求： (1)cd棒运动过程中细线的最大拉力； (2)cd棒由静止到最大速度的过程中， cd棒产生的焦耳热． 4．和安培力相关的平衡问题