高中物理冲刺电磁场.pptxVIP

1 专题一 力与物体的平衡 2 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 . 3 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？ 4 【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qC应满足的条件 ． 由于qA、qB带异种电荷，所以qC只有放在AB连线的延长线上才有可能平衡．考虑到qA所带的电量较大，则qC只能置于AB延长线靠B的外侧(如图所示)．设离B的距离为x，根据库仑定律及qC的平衡条件可得： 5 得x=l0=10cm 且x=l0，解得qC=4Q 即qC应置于AB延长线B外侧10cm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qB(或qA)的平衡条件来求： 6 【例2】如图1­2­1所示，空气中有两个带同种电荷的小球A、B，A被长为l的绝缘细绳悬于固定点O，B被绝缘支架固定于O点的正下方l处，由于缓慢漏电，A球缓慢下降，则在此过程中绳的拉力和两球间的库仑斥力大小如何变化 ? 图1­2­1 2．静电力和重力共同作用下的物体平衡问题 7 【解析】 A球受到重力mg，B球对它的库仑斥力F1和悬线的拉力F2的作用，由于漏电A球缓慢下降的过程中始终处于平衡状态，则F1与F2的合力与mg等大反向．由几何关系可知力的三角形和三角形OAB相似，如图所示，则 ， 有 由于mg、l不变，d逐渐减小，所以两球间的库仑斥力减小，绳的拉力不变． 8 【例3】有三根长度皆为L=1.0m的不可伸长的绝缘轻线，其中两根的一端固定在天花板上的O点，另一端分别挂有质量皆为m=1.0×10-2kg的带电小球A和B，它们的电荷量分别为-q和+q，q=1.0×10-7C，A、B之间用第三根线连接起来．空间中存在大小为E=1.0×106N/C的匀强电场，场强方向沿水平向右，平衡时A、B球的位置如图所示．现将OB之间的线烧断，由于有空气阻力，A、B球最后会达到新的平衡位置．求最后两球的机械能与电势能的总和与烧断前相比改变了多少．(不计两带电小球间相互作用的静电力) 9 【解析】图(1)中虚线表示A、B球原来的平衡位置，实线表示烧断后重新达到平衡的位置，其中、分别表示细线OA、AB 与竖直方向的夹角．A 球受力如图(2)所示． 由平衡条件 : T1sina+T2sinb=qE， T1cosa=mg+T2cosb B球受三力作用，受力如图(3)所示． 10 由平衡条件：T2sinb=qE，T2cosb=mg 联立以上各式并代入数据，得a=0°，b=45° 由此可知，A、B球重新达到平衡的位置如图(4)所示． 与原来位置相比，A球的重力势能减少了 EA=mgL(1-sin60°) B球的重力势能减少了EB=mgL(1-sin600+cos45°) A球的电势能增加了WA=qELcos60° B球的电势能减少了WB=qEL(sin45°-sin30°) 两种势能总和减少了W=WB-WA+EA+EB 代入数据解得W=6.8*10-2J. 11 (1)本题将带电体的平衡问题与能量问题相结合，关键是分析OB之间的线烧断后AB线及OA线与竖直方向的夹角．问题的实质是要在受力分析的基础上处理好平衡问题．(2)在不用考虑相互作用的几个物体内部的某些细节时，可利用整体法求解，常可收到化难为易、化繁为简、事半功倍的效果．当研究内部之间的相互作用时，应采用隔离法．隔离法与整体法常需要交叉使用，从而使解题思路和方法更简捷明了．整体法与隔离法是解决物理问题时常用的基本思维方法．本题若用整体法极容易求解OA绳与竖直方向的夹角，不妨一试。 12 3．重力、电场力和磁场力共同作用下的物体平衡问题 【例4】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