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高考物理大二轮复习 专题一 力与运动 第一讲 力与物体的平衡教学案

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[答案] AB

复合场中的平衡问题是指在电场力、重力、洛伦兹力参与下的平衡问题.处理方法与纯力学问题的分析方法一样,把方法和规律进行迁移应用即可.

迁移一 重力场、磁场中的平衡问题

1.(多选)(2019·绵阳市高中二诊)如图所示,空间中有斜向右下方与水平方向成θ角的匀强磁场,一绝缘竖直挡板MN垂直纸面放置,一根通有垂直纸面向外的电流的水平金属杆,紧贴挡板上的O点处于静止状态.下列说法正确的是( )

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A.若挡板MN表面光滑,略微减小金属杆中电流,金属杆可能仍然静止于O点 B.若挡板MN表面光滑,略微增大金属杆中电流,要保持金属杆仍然静止,可将挡板绕过O点垂直纸面的轴逆时针转动一定的角度

C.若挡板MN表面粗糙,略微增大金属杆中电流,金属杆可能仍然静止,且金属杆所受的静摩擦力一定增大

D.若挡板MN表面粗糙,略微减小金属杆中电流,金属杆可能仍然静止,且金属杆所受的静摩擦力方向可能竖直向上

[解析] 若挡板MN光滑,金属杆在3个力的作用下平衡,平移后这三个力构成首尾相连的封闭三角形,如图甲所示.减小金属杆中的电流,则安培力F安减小,支持力与重力的方向都不变,则金属杆无法平衡,A错误;增大金属杆中的电流,安培力F安增大,若要金属杆平衡,FN需要

沿着图中2的方向,即挡板逆时针转动一定角度,B正确;若MN表面粗糙,重力、摩擦力和安培力在竖直方向上的合力为0,因安培力在竖直方向上的分力与重力大小不确定,所以摩擦力的方向不确定,安培力变化时,摩擦力的大小方向变化也不确定,C错误,D正确.

[答案] BD

迁移二 重力场、磁场、电场中的平衡问题

2.(多选)如图所示,在一竖直平面内,y轴左侧有一水平向右的匀强电场E1和一垂直纸面向里的匀强磁场B,y轴右侧有一竖直方向的匀强电场E2,一电荷量为q(电性未知)、

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质量为m的微粒从x轴上A点以一定初速度与水平方向成θ=37°角沿直线经P点运动到图中C点,其中m、q、B均已知,重力加速度为g,则( )

A.微粒一定带负电

B.电场强度E2一定竖直向上

E14

C.两电场强度之比=

E23

5mgD.微粒的初速度为v=

4Bq[解析] 微粒从A到P受重力、静电力和洛伦兹力作用做直线运动,则微粒做匀速直线运动,由左手定则及静电力的性质可确定微粒一定带正电,选项A错误;此时有qE1=

mgtan37°,微粒从P到C在静电力、重力作用下做直线运动,必有mg=qE2,所以E2的方E13

向竖直向上,选项B正确;由以上分析可知=,选项C错误;AP段有mg=Bqvcos37°,

E24

5mg即v=,选项D正确.

4Bq[答案] BD

(1)若物体在重力、电场力、洛伦兹力作用下做直线运动,则物体必做匀速直线运动.

(2)无法判断物体带电性质时,可考虑用假设法处理. 热点考向三 电磁感应现象中的平衡问题

【典例】 (2016·全国卷Ⅰ)如图所示,两固定的绝缘斜面倾角均为θ,上沿相连.两

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细金属棒ab(仅标出a端)和cd(仅标出c端)长度均为L,质量分别为2m和m;用两根不可伸长的柔软轻导线将它们连成闭合回路abdca,并通过固定在斜面上沿的两光滑绝缘小定滑轮跨放在斜面上,使两金属棒水平.右斜面上存在匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向垂直于斜面向上.已知两根导线刚好不在磁场中,回路电阻为R,两金属棒与斜面间的动摩擦因数均为μ,重力加速度大小为g.已知金属棒ab匀速下滑.求:

(1)作用在金属棒ab上的安培力的大小; (2)金属棒运动速度的大小.

[解析] (1)设两导线的张力大小之和为T,右斜面对ab棒的支持力的大小为FN1,作用在ab棒上的安培力的大小为F,左斜面对cd棒的支持力大小为FN2.对于ab棒,由力的平衡条件得

2mgsinθ=μFN1+T+F①

FN1=2mgcosθ②

对于cd棒,同理有

mgsinθ+μFN2=T③ FN2=mgcosθ④

联立①②③④式得

F=mg(sinθ-3μcosθ)⑤

(2)由安培力公式得

F=BIL⑥

这里I是回路abdca中的感应电流.ab棒上的感应电动势为

E=BLv⑦

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