6. 如图10-19所示,空中有水平向右的匀强电场和垂直于纸面向外的匀强磁场,质量为m,带电量为+q的滑块沿水平向右做匀速直线运动,滑块和水平面间的动摩擦因数为μ,滑块与墙碰撞后速度为原来的一半。滑块返回时,去掉了电场,恰好也做匀速直线运动,求原来电场强度的大小。
解析:[错解]碰撞前,粒子做匀速运动,Eq=μ(mg+Bqv)。返回时无电场力作用仍做匀速运动,水平方向无外力,竖直方向N=Bgv+mg。因为水平方向无摩擦,可知N=0,Bqv=-mg。解得E=0。
[错解原因]错解中有两个错误:返回时,速度反向,洛伦兹力也应该改变方向。返回时速度大小应为原速度的一半。
[分析解答]碰撞前,粒子做匀速运动, Eq=μ(mg+Bqv)。返回时无电场力作用仍做匀速运动,水平方向无外力,摩擦力f=0,所以N=0竖直方向上有
[评析]实践证明,急于列式解题而忽略过程分析必然要犯经验主义的错误。分析好大有益。
5. 质量为m的通电导体棒ab置于倾角为θ的导轨上,如图10-7所示。已知导体与导轨间的动摩擦因数为μ,在图10-8所加各种磁场中,导体均静止,则导体与导轨间摩擦力为零的可能情况是:
解析:[错解]根据f=μN,题目中μ≠0,要使f=0必有N=0。为此需要安培力FB与导体重力G平衡,由左手定则可判定图10-8中B项有此可能,故选B。
[错解原因]上述分析受到题目中“动摩擦因数为μ”的干扰,误用滑动摩擦力的计算式f=μN来讨论静摩擦力的问题。从而导致错选、漏选。
[分析解答]要使静摩擦力为零,如果N=0,必有f=0。图10-8B选项中安培力的方向竖直向上与重力的方向相反可能使N=0,B是正确的;如果N≠0,则导体除受静摩擦力f以外的其他力的合力只要为零,那么f=0。在图10-8A选项中,导体所受到的重力G、支持力N及安培力F安三力合力可能为零,则导体所受静摩擦力可能为零。图10-8的C.D选项中,从导体所受到的重力G、支持力N及安培力F安三力的方向分析,合力不可能为零,所以导体所受静摩擦力不可能为零。故正确的选项应为A.B。
[评析]本题是一道概念性极强的题,又是一道力学与电学知识交叉的综合试题。摩擦力有静摩擦力与滑动摩擦力两种。判断它们区别的前提是两个相互接触的物体有没有相对运动。力学中的概念的准确与否影响电学的学习成绩。
4. 如图8-14,光滑平面上固定金属小球A,用长l0的绝缘弹簧将A与另一个金属小球B连接,让它们带上等量同种电荷,弹簧伸长量为x1,若两球电量各漏掉一半,弹簧伸长量变为x2,则有:( )
解析:[错解]
故选B
[错解原因]错解只注意到电荷电量改变,忽略了两者距离也随之变化,导致错误。
[分析解答]由题意画示意图,B球先后平衡,于是有
[评析]
r常指弹簧形变后的总长度(两电荷间距离)。
3. 如图2-2所示水平放置的粗糙的长木板上放置一个物体m,当用于缓慢抬起一端时,木板受到的压力和摩擦力将怎样变化?
解析:[错解]以木板上的物体为研究对象。物体受重力、摩擦力、支持力。因为物体静止,则根据牛顿第二定律有
错解一:据式②知道θ增加,f增加。
错解二:另有错解认为据式②知θ增加,N减小则f=μN说明f减少。
[错解原因]错解一和错解二都没能把木板缓慢抬起的全过程认识透。只抓住一个侧面,缺乏对物理情景的分析。若能从木块相对木板静止入手,分析出再抬高会相对滑动,就会避免错解一的错误。若想到f=μN是滑动摩擦力的判据,就应考虑滑动之前怎样,也就会避免错解二。
[正确解答]以物体为研究对象,如图2-3物体受重力、摩擦力、支持力。物体在缓慢抬起过程中先静止后滑动。静止时可以依据错解一中的解法,可知θ增加,静摩擦力增加。当物体在斜面上滑动时,可以同错解二中的方法,据f=μN,分析N的变化,知f滑的变化。θ增加,滑动摩擦力减小。在整个缓慢抬起过程中y方向的方程关系不变。依据错解中式②知压力一直减小。所以抬起木板的过程中,摩擦力的变化是先增加后减小。压力一直减小。
[评析]物理问题中有一些变化过程,不是单调变化的。在平衡问题中可算是一类问题,这类问题应抓住研究变量与不变量的关系。可从受力分析入手,列平衡方程找关系,也可以利用图解,用矢量三角形法则解决问题。如此题物体在未滑动时,处于平衡状态,加速度为零。所受三个力围成一闭合三角形。如图2-4。类似问题如图2-5用绳将球挂在光滑的墙面上,绳子变短时,绳的拉力和球对墙的压力将如何变化。从对应的矢量三角形图2-6不难看出,当绳子变短时,θ角增大,N增大,T变大。图2-7在AC绳上悬挂一重物G,在AC绳的中部O点系一绳BO,以水平力F牵动绳BO,保持AO方向不变,使BO绳沿虚线所示方向缓缓向上移动。在这过程中,力F和AO绳上的拉力变化情况怎样?用矢量三角形(如图2-8)可以看出T变小,F先变小后变大。这类题的特点是三个共点力平衡,通常其中一个力大小、方向均不变,另一个力方向不变,大小变,第三个力大小、方向均改变。还有时是一个力大小、方向不变,另一个力大小不变,方向变,第三个力大小、方向都改变。
2. 甲、乙两人手拉手玩拔河游戏,结果甲胜乙败,那么甲乙两人谁受拉力大?
解析:[错解]因为甲胜乙,所以甲对乙的拉力比乙对甲的拉力大。就像拔河一样,甲方胜一定是甲方对乙方的拉力大。
[错解原因]产生上述错解原因是学生凭主观想像,而不是按物理规律分析问题。按照物理规律我们知道物体的运动状态不是由哪一个力决定的而是由合外力决定的。甲胜乙是因为甲受合外力对甲作用的结果。甲、乙两人之间的拉力根据牛顿第三定律是相互作用力,甲、乙二人拉力一样大。
[正确解答]甲、乙两人相互之间的拉力是相互作用力,根据牛顿第三定律,大小相等,方向相反,作用在甲、乙两人身上。
[评析]生活中有一些感觉不总是正确的,不能把生活中的经验,感觉当成规律来用,要运用物理规律来解决问题。
复习指导:①回归课本夯实基础,仔细看书把书本中的知识点掌握到位
②练习为主提升技能,做各种类型的习题,在做题中强化知识
③整理归纳举一反三,对易错知识点、易错题反复巩固
④力与物体的平衡常用解题思路:
第一步:选择研究对象(注意整体法与隔离法的应用)
第二步:进行受力分析(一定要准确,不然做题就会全错。一般受力分析的顺序是:场力(重力、电场力、磁场力)、弹力(接触面的弹力、绳子弹力、杆子弹力)、摩擦力、已知外力、位置外力
第三步:选择合适的方法处理力(处理方法有:力的合成(一般适用于三力平衡)、力的分解(正交分解、效果分解)、图像法、相似三角形、正弦定理、余弦定理等)
第四步:列举方程求解(有时还需要讨论)
1.某大型游乐场内的新型滑梯可以等效为如图所示的物理模型.一个小朋友在AB段的动摩擦因数μ1<tanθ,BC段的动摩擦因数为μ2>tanθ ,他从A点开始下滑,滑到C点恰好静止,整个过程中滑梯保持静止状态.则该小朋友从斜面顶端A点滑到底端C点的过程中( )
A.地面对滑梯始终无摩擦力作用
B.地面对滑梯的摩擦力方向先水平向左,后水平向右
C.地面对滑梯的支持力的大小始终等于小朋友和滑梯的总重力的大小
D.地面对滑梯的支持力的大小先小于、后大于小朋友和滑梯的总重力的大小
解析:[错解]部分同学选择整体分析后就会得出竖直方向的重力与地面对滑梯的支持力等值方向。
[错解原因]因为在他(她)的脑海中始终认为只要是同一竖直线上的与重力反向的二力就是平衡力,根本就不考虑物体的运动状态。
[正确解答]①在AB段的动摩擦因数μ1<tanθ可以得出小朋友做的是加速运动,对于整体有
F合=mam+MaM虽然滑梯没有加速度,当小朋友有沿斜面向下的加速度,此加速度可以分解成水平向左方向和竖直向下方向,所以水平方向有地面对滑梯有向左的摩擦力,竖直方向重力大于支持力。
②在BC段的动摩擦因数μ2>tanθ可以得出小朋友做的是减速运动,对于整体有
F合=mam+MaM虽然滑梯没有加速度,当小朋友有沿斜面向上的加速度,此加速度可以分解成水平向右方向和竖直向上方向,所以水平方向有地面对滑梯有向右的摩擦力,竖直方向重力小于支持力。正确选项为BD。
6.如图,AC是上端带定滑轮的固定竖直杆,质量不计的轻杆BC一端通过铰链固定在C点,另一端B悬挂一重为G的物体,且B端系有一根轻绳,并绕过定滑轮A,用力F拉绳,开始时角BCA大于900,现使角BCA缓慢减小,直到杆BC接近竖直杆AC。此过程中,轻杆B端所受的力将( )
A.大小不变 B.逐渐增大 C.逐渐减小 D.先减小后增大
解析:此题属于受力分析中的相似三角形问题。受力、处理力的方法如下图所示
选A.
5.如图,足够长的光滑平行导轨MN、PQ倾斜放置,两导轨间的距离L=1.0m,导轨平面与水平面间的夹角为300,磁感应强度为B的匀强磁场垂直于导轨平面向上,导轨的M、P两端连接阻值为R=3.0Ω的电阻,金属棒垂直于导轨放置并用细线通过光滑定滑轮与重物相连。金属棒ab的质量m=0.2kg,电阻r=0.5Ω,重物的质量M=0.6kg。如果将金属棒和重物由静止释放,金属棒沿斜面上滑的距离与时间的关系如下表所示。不计导轨电阻,g=10m/s2。求
⑴所加磁场的磁感应强度B为多大?
⑵电阻R在0.6s内产生的热量为多少?
时间t/s |
0 |
0.1 |
0.2 |
0.3 |
0.4 |
0.5 |
0.6 |
上滑距离s / m |
0 |
0.05 |
0.15 |
0.35 |
0.70 |
1.05 |
1.40 |
解析:此题为重力场、磁场内通电导线的平衡问题。
⑴由表中数据可以看出最终ab版将做匀速运动,速度,
棒的受力如图由平衡条件可得:,,
,
解得
⑵在0.6s内x=1.4m,由能量守恒定律得
得:QR=1.8J⑦
4.如图,一质量为m、带电量为q的小球用细线系住,线的一端固定在O点,若在空间加上匀强电场,平衡时线与竖直方向成600,则电场强度的最小值为( )
A.mg/2q B.
C.2mg/q D.mg/q
解析:此题为电场和重力场的物体平衡问题。在三力平衡中若已知一个力大小方向不变,一个力方向不变,求另外一个力时有最小值。对球受力分析可知当电场力与绳拉力方向垂直时,电场强度最小,得,选B。
3.如图,两个弹簧的质量不计,劲度系数分别为k1、 k2,它们一端固定在P、Q上,当物体平衡时上面的弹簧处于原长,若要把物体的质量换为2m(弹簧的长度不变,且弹簧均处于弹性限度内),当物体再次平衡时,物体将比第一次平衡时下降的距离x为( )
A. B.
C. D.
点拨:弹簧连接的物体平衡问题。增加的mg让上面的弹簧伸长,让下面的弹簧继续压缩,得出表达式,得出A正确。
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