江苏省泰州市高考物理二轮复习 12电磁学中的物体平衡课件.ppt

专题一力与物体的平衡 第2讲电磁学中的物体平衡 1 库仑力 f k 方向沿两点电荷的连线 2 电场力 f qe3 安培力 f bilsinq 其中q是b与l的夹角 方向由左手定则判定 4 洛伦兹力 f qvbsinq 其中q是b与v的夹角 方向由左手定则判定 洛伦兹力特点 洛伦兹力永远不做功 只能改变带电粒子的速度和动量 不能改变带电粒子的速率 方法指导 在从题给的条件出发 根据电磁力的特点 认真分析好物体所受的电磁力 包括电场力 安培力 洛伦兹力等 后 电磁学中的物体平衡问题就转化为力学中的物体平衡问题 后续的解题方法与力学中的物体平衡问题解题方法相同 详见专题一第一讲 1 静电力作用下的物体平衡问题 例1 三个电荷量均为q 带正电 的小球 放在水平绝缘的桌面上 分别位于等边三角形的三个顶点 如图所示 在三角形的中心o点应放置什么性质的电荷 才能使三个带电小球都处于静止状态 其电荷量是多少 2 电场力和重力共同作用下的物体平衡问题 例2 2012 全国理综卷 如图1 2 2所示 一平行板电容器的两个极板竖直放置 在两极板间有一带电小球 小球用一绝缘轻线悬挂于o点 现给电容器缓慢充电 使两极板所带电荷量分别为 q和 q 此时悬线与竖直方向的夹角为 6 再给电容器缓慢充电 直到悬线和竖直方向的夹角增加到 3 且小球与两极板不接触 求第二次充电使电容器正极板增加的电荷量 图1 2 2 切入点 从电容器和力学中的平衡状态入手 点评 1 正确找出电容器的带电量q与场强e之间的关系 2 列出相应的平衡方程 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的带电小球a和b 它们的电荷量分别为 q和 q a b之间用第三根线连接起来 空间中存在大小为的匀强电场 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 切入点 平衡与能量综合问题应从受力分析入手 确定新平衡位置再计算能量变化 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a b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 t2cosbb球受三力作用 受力如图 3 所示 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 sin60 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 答案 点评 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 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 角度可用反三角函数表示 切入点 带电质点无特别说明则一定要考虑重力 做匀速直线运动 重力 电场力 洛伦兹力三个力的合力一定为零 解析 根据带电质点做匀