Question

20．如圖所示，一質(zhì)量為m，電荷量為q的帶正電絕緣體物塊位于高度略大于物塊高的水平寬敞絕緣隧道中，隧道足夠長，物塊上、下表面與隧道上、下表面的動摩擦因數(shù)均為μ，整個空間存在垂直紙面向里、磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場．現(xiàn)給物塊水平向右的初速度v₀，空氣阻力忽略不計，物塊電荷量不變，則整個運動過程中，物塊克服阻力做功不可能為（　�。�

• A． 0
• B． $\frac{1}{2}$mv${\;}_{0}^{2}$
• C． $\frac{1}{2}$mv${\;}_{0}^{2}$+$\frac{{m}^{3}{g}^{2}}{2{q}^{2}{B}^{2}}$
• D． $\frac{1}{2}$mv${\;}_{0}^{2}$-$\frac{{m}^{3}{g}^{2}}{2{q}^{2}{B}^{2}}$

Answer 1

分析 根據(jù)左手定則判斷洛倫茲力方向，因初速度大小未知，故開始時滑塊受彈力方向不能確定，應(yīng)討論．

解答 解：由題意對滑塊受力分析，因不知道開始時滑塊所受洛倫茲力與重力誰大，故彈力方向大小均不能確定，應(yīng)討論：
A：若滑塊受到向上的洛倫茲力F=mg，則支持力F_N=0，摩擦力f=0，滑塊將勻速運動，摩擦力不做功，故A可能；
B，若F＜mg，則彈力方向向上，豎直方向滿足F_N+F=mg，水平方向受摩擦力向左，滑塊做減速運動，由F=qvB知，F(xiàn)減小，F(xiàn)_N則增大，f增大，由-f=ma可知，v繼續(xù)減小，最后減為零，由動能定理知，-W=0-$\frac{1}{2}$mv²，解得：W=$\frac{1}{2}$mv²，故B可能；
C、若F＞mg，則滑塊受到向下的壓F_N，在豎直方向滿足F=mg+F_N，滑塊向右做減速運動，由動態(tài)分析知，當F=mg時F_N=0，f=0，最終滑塊做勻速運動，此時滿足：qvB=mg，解得：v=$\frac{mg}{qB}$，對滑塊整個過程由動能定理得：-W=$\frac{1}{2}$mv²-$\frac{1}{2}{mv}_{0}^{2}$，聯(lián)立解得：W=$\frac{1}{2}m{v}^{2}-$$\frac{{m}^{3}{g}^{2}}{2{q}^{2}{B}^{2}}$，故C不可能，D可能；
本題選不可能的，故選：C．

點評 洛倫茲力是變力，其方向時刻與速度方向垂直，故洛倫茲力永不做功，涉及到洛倫茲力與功、動能等問題，要用動能定理求解．