高考物理二轮复习 第1部分 专题讲练突破一 力与运动 高频考点三 电磁学中的平衡问题课件

静电力常量为k，重力加速度为g，两带电小球可视为点电荷．小
球A静止在斜面上，则( ) A．小球A与B之间库仑力的大小为kdq22
B．当qd＝
mgsin k
θ时，细线上的拉力为零
C．当qd＝ mgtkanθ时，细线上的拉力为零
D．当qd＝ ktmangθ时，斜面对小球A的支持力为零
解析：选 AC.根据库仑定律可知小球 A 与 B 之间的库仑力大小为
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高频考点三 电磁学中的平衡问题
知能 必备
1.电场、磁场的力学性质及对电流、电荷的作用 力特点． 2.左、右手定则及安培定则的应用． 3.电场力、安培力、洛伦兹力方向的判断及大小 的计算.
[命题视角] 视角 1 电场中的平衡问题 [例 4] (多选)如图所示，用两根长度相同的绝缘细线把一个质量 为 0.1 kg 的小球 A 悬挂到水平板的 M、N 两点，A 上带有 Q＝ 3.0×10－6C 的正电荷．两线夹角为 120°，两线上的拉力大小分别 为 F1 和 F2.A 的正下方 0.3 m 处放有一带等量异种电荷的小球 B， B 与绝缘支架的总质量为 0.2 kg(重力加速度取 g＝10 m/s2；静电 力常量 k＝9.0×109 N·m2/C2，A、B 球可视为点电荷)，则( )
A．支架对地面的压力大小为 2.0 N B．两线上的拉力大小 F1＝F2＝1.9 N C．将 B 水平右移，使 M、A、B 在同一直线上，此时两线上的拉 力大小 F1＝1.225 N，F2＝1.0 N D．将 B 移到无穷远处，两线上的拉力大小 F1＝F2＝0.866 N
思路探究 (1)两点电荷间的库仑力如何计算？ (2)研究支架对地面和两绳上的作用力时，如何选研究对象较好？ (3)B 移动时，各力的方向如何变化？ (4)“B 移到无穷远处”库仑力如何变化？ 尝试解答 __________
解析 小球 A、B 间的库仑力为
F 库＝kQrQ2 ＝9.0×109×
3.0×10－6×3.0×10－6 0.32
N＝0.9 N，
以B和绝缘支架整体为研究对象受力分析图如图甲所示，地面对 支架支持力为FN＝mg－F库＝1.1 N，A错误；以A球为研究对 象，受力分析图如图乙所示，F1＝F2＝mAg＋F库＝1.9 N，B正 确；B水平向右移，当M、A、B在同一直线上时，A、B间距为 r′＝0.6 m，
kqd22，A 正确；小球 A 受重力、库仑力和支持力作用，若细线上的
拉力为零，由平衡条件可得 kqd22＝mgtan θ 解得qd＝
mgtan k
θ，
B 错误，C 正确；因为两小球带同种电荷，所以斜面对小球 A 的
支持力不可能为零，D 错误．
3．(2017·河北石家庄质检)(多选)如图所示，一根通电的导体棒放 在倾斜的粗糙斜面上，置于图示方向的匀强磁场中，处于静止状 态．现增大电流，导体棒仍静止，则在增大电流过程中，导体棒 受到的摩擦力的大小变化情况可能是( )
A．磁场方向竖直向上 B．磁场方向竖直向下 C．金属杆 ab 受安培力的方向平行导轨向上 D．金属杆 ab 受安培力的方向平行导轨向下 思路点拨 解此题按以下思路 确定磁场与电流的方向 → 立体图转化为平面图 →
画出受力分析图 → 根据平衡条件求解 尝试解答 __________
解析 受力分析如图所示，当磁场方向竖直向上时，由左手定则 可知安培力水平向右，金属杆 ab 受力可以平衡，A 正确；若磁场 方向竖直向下，由左手定则可知安培力水平向左，则金属杆 ab 受 力无法平衡，B、C、D 错误．
F 库′＝krQ′Q2＝0.225 N，以 A 球为研究对象受力分析图如图丙所 示，可知 F2′＝1.0 N，F1′－F 库′＝1.0 N，F1′＝1.225 N，所 以 C 正确；将 B 移到无穷远，则 F 库″＝0，可求得 F1″＝F2″ ＝1 N，D 错误．
答案 BC
视角2 磁场中的平衡问题 [例5] (2016·山西晋城二模)如图所示，两根光滑金属导轨平行放 置，导轨所在平面与水平面间的夹角为θ.整个装置处于沿竖直方 向的匀强磁场中．金属杆ab垂直导轨放置，当金属杆ab中通有从 a到b的恒定电流I时，金属杆ab刚好静止．则( )
A．一直增大 C．先增大后减小
B．先减小后增大 D．始终为零
解析：选 AB.若 F 安＜mgsin α，因安培力方向向上，则摩擦力方 向向上，当 F 安增大时，F 摩减小到零，再向下增大，B 项对，C、 D 项错；若 F 安＞mgsin α，摩擦力方向向下，随 F 安增大而一直增 大，A 项对．
[真题试做] [真题 1] (2016·高考全国乙卷)(多选)如图，一光滑的轻滑轮用细 绳 OO′悬挂于 O 点；另一细绳跨过滑轮，其一端悬挂物块 a， 另一端系一位于水平粗糙桌面上的物块 b.外力 F 向右上方拉 b， 整个系统处于静止状态．若 F 方向不变，大小在一定范围内变化， 物块 b 仍始终保持静止，则( )
解析：选 A.由题意知，处于磁场中的导体受安培力作用的有效长 度越长，根据 F＝BIL 知受安培力越大，越容易失去平衡，由图 知选项 A 中导体的有效长度最大，所以 A 正确．
2．(多选)如图所示，水平地面上固定一个光滑绝缘斜面，斜面与 水平面的夹角为 θ.一根轻质绝缘细线的一端固定在斜面顶端，另 一端系有一个带电小球 A，细线与斜面平行．小球 A 的质量为 m、 电量为 q.小球 A 的右侧固定放置带等量同种电荷的小球 B，两球 心的高度相同、间距为 d.
答案 A
此类问题与纯力学问题的分析方法一样，只是受力分析时，多了 场力，学会把电学问题力学化．可按以下流程：
[题组冲关] 1．如图所示，用天平测量匀强磁场的磁感应强度．下列各选项所 示的载流线圈匝数相同，边长 MN 相等，将它们分别挂在天平的 右臂下方．线圈中通有大小相同的电流，天平处于平衡状态．若 磁场发生微小变化，天平最容易失去平衡的是( )
A．绳OO′的张力也在一定范围内变化 B．物块b所受到的支持力也在一定范围内变化 C．连接a和b的绳的张力也在一定范围内变化 D．物块b与桌面间的摩擦力也在一定范围内变化