ER03專題01－第3講電磁場中的平衡問題-學(xué)生版

微專題01力物體的平衡第3講電磁場中的平衡問題2024.01.161.掌握電磁場中的平衡問題解題方法。2.能用共點力的平衡條件分析生產(chǎn)生活中的問題。3.會分析平衡中的臨界、極值問題考向1電場中的平衡問題1、電場力作用下的平衡問題（1）電場力的大小和方向①大?。篎＝Eq，F(xiàn)＝eq\f(kq1q2,r2)。②方向：正電荷所受電場力的方向與電場強度的方向相同；負電荷所受電場力的方向與電場強度的方向相反。（2）方法：與純力學(xué)問題的分析方法一樣，學(xué)會把電學(xué)問題力學(xué)化。（3）步驟：①選取研究對象（整體法或隔離法）。②受力分析，多了電場力。③列平衡方程。[例1]如圖所示，一根內(nèi)壁粗糙且足夠長的絕緣圓管水平固定，圓管所在的空間有與圓管中軸線垂直的水平勻強電場。圓管內(nèi)，質(zhì)量為m的帶正電荷的小球，在水平向右拉力的作用下沿管軸向右勻速運動，此時小球所受電場力的大小為。如果撤去電場，為使小球仍沿管軸勻速向右運動，則拉力的大小應(yīng)等于（）A． B． C． D．考向2磁場中的平衡問題磁場力作用下的平衡問題（1）安培力①大?。篎＝ILB，此式只適用于B⊥I的情況，且L是導(dǎo)線的有效長度，當(dāng)B∥I時F＝0。②方向：用左手定則判斷，安培力垂直于B、I決定的平面。（2）洛倫茲力①大小：F洛＝qvB，此式只適用于B⊥v的情況。當(dāng)B∥v時F洛＝0。②方向：用左手定則判斷，洛倫茲力垂直于B、v決定的平面，洛倫茲力永不做功。（3）立體平面化該模型一般由傾斜導(dǎo)軌、導(dǎo)體棒、電源和電阻等組成。這類題目的難點是題圖具有立體性，各力的方向不易確定。因此解題時一定要先把立體圖轉(zhuǎn)化成平面圖，通過受力分析建立各力的平衡關(guān)系。（4）帶電體的平衡如果帶電粒子在重力場、電場和磁場三者組成的復(fù)合場中做直線運動，則一定是勻速直線運動。[例2]如圖所示，一根質(zhì)量為m（質(zhì)量分布均勻）的柔軟導(dǎo)線的兩端分別固定于A、D兩個立柱上，A、D等高且相距為d，空間中有垂直于紙面向外的勻強磁場，磁感應(yīng)強度大小為B．當(dāng)導(dǎo)線中通以大小為I、方向由A到D的電流時，導(dǎo)線上A、D兩點的切線與水平方向的夾角均為θ，導(dǎo)線的最低點C到直線AD的距離為H，重力加速度為g.求（1）磁場對導(dǎo)線左半部分的安培力大??；（2）導(dǎo)線發(fā)生拉伸形變時，導(dǎo)線內(nèi)部任一截面的兩側(cè)存在垂直于截面的大小相等、方向相反的拉力，該力叫做張力．求導(dǎo)線上A點張力的大小?？枷?平衡中的臨界、極值問題1．臨界問題：當(dāng)某物理量變化時，會引起其他幾個物理量的變化，從而使物體所處的平衡狀態(tài)“恰好出現(xiàn)”或“恰好不出現(xiàn)”，在問題的描述中常用“剛好”“恰能”“恰好”等．臨界問題常見的種類：（1）由靜止到運動，摩擦力達到最大靜摩擦力．（2）繩子恰好繃緊，拉力F＝0.（3）剛好離開接觸面，支持力FN＝0.2．極值問題：平衡中的極值問題，一般指在力的變化過程中的最大值和最小值問題．解決此類問題重在形成清晰的物理圖景，分析清楚物理過程，從而找出臨界條件或達到極值的條件。要特別注意可能出現(xiàn)的多種情況。[例3]（2022年浙江卷）如圖所示，學(xué)校門口水平地面上有一質(zhì)量為m的石墩，石墩與水平地面間的動摩擦因數(shù)為，工作人員用輕繩按圖示方式勻速移動石墩時，兩平行輕繩與水平面間的夾角均為，則下列說法正確的是（）A．輕繩的合拉力大小為B．輕繩的合拉力大小為C．減小夾角，輕繩的合拉力一定減小D．輕繩的合拉力最小時，地面對石墩的摩擦力也最小一．電磁場中平衡問題解題方法1．電學(xué)中的平衡問題是指在靜電力、安培力參與下的平衡問題。2．處理電磁學(xué)中平衡問題的方法與純力學(xué)問題分析方法一樣，把方法和規(guī)律進行遷移應(yīng)用。3．解題的注意事項（1）安培力方向的判斷要先判斷磁場方向、電流方向、再用左手定則判斷，同時注意立體圖轉(zhuǎn)化為平面圖。（2）靜電力或安培力的出現(xiàn)，可能會對壓力或摩擦力產(chǎn)生影響。（3）涉及電路問題時，要注意閉合電路歐姆定律的應(yīng)用。二．臨界、極值問題解題方法1．極限法：首先要正確地進行受力分析和變化過程分析，找出平衡的臨界點和極值點；臨界條件必須在變化中去尋找，不能停留在一個狀態(tài)來研究臨界問題，而要把某個物理量推向極端，即極大和極小．2．?dāng)?shù)學(xué)分析法：通過對問題的分析，根據(jù)物體的平衡條件寫出物理量之間的函數(shù)關(guān)系(或畫出函數(shù)圖像)，用數(shù)學(xué)方法求極值(如求二次函數(shù)極值、公式極值、三角函數(shù)極值)．3．物理分析方法：根據(jù)物體的平衡條件，作出力的矢量圖，通過對物理過程的分析，利用平行四邊形定則進行動態(tài)分析，確定最大值與最小值．1．將一段固定在絕緣豎直桿上，質(zhì)量分布均勻、正電荷分布均勻的線，置于水平向右的勻強電場中。線穩(wěn)定后的樣子為（）A．B．C．D．2．如圖所示，由均勻?qū)Ь€制成邊長為l的正方形導(dǎo)線框abcd用絕緣細線懸掛于天花板上，導(dǎo)線框的c、d兩點與一恒流源（未畫出）相連接，連接電源的導(dǎo)線質(zhì)量及其所受安培力均忽略不計，導(dǎo)線框中的電流從c點流入，d點流出?，F(xiàn)在虛線框區(qū)域（虛線框的高度小于l）加一個垂直紙面向里的勻強磁場，其磁感應(yīng)強度大小為B，導(dǎo)線框靜止不動，細線中的拉力為F1，若把虛線框內(nèi)的磁場向下平移l距離，導(dǎo)線框仍靜止，細線中的拉力變?yōu)镕2，則恒流源中電流的大小為（）A．B．C．D．3．如圖所示，重力都為G的兩個小球A和B用三段輕繩連接后懸掛在O點上，O、B間的繩子長度是2l，A、B間的繩子長度是l。將一個拉力F作用到小球B上，使