Question

3．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(zhǎng)，物塊上、下表面與隧道上下表面的動(dòng)摩擦因數(shù)均為μ，整個(gè)空間存在垂直紙面向里、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)．現(xiàn)給物塊水平向右的初速度v₀，空氣阻力忽略不計(jì)，物塊電荷量不變，則整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，物塊克服阻力做功可能為（　�。�

• A． 0
• B． mv₀²
• C． mv₀²+$\frac{{m}^{3}{g}^{2}}{2{q}^{2}{B}^{2}}$
• D． mv₀²-$\frac{{m}^{3}{g}^{2}}{2{q}^{2}{B}^{2}}$

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(shí)滑塊受彈力方向不能確定，應(yīng)討論．

解答 解：由題意對(duì)滑塊受力分析，因不知道開始時(shí)滑塊所受洛倫茲力與重力誰(shuí)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_洛=mg，則支持力F_N=0，摩擦力f=0，滑塊將勻速運(yùn)動(dòng)，摩擦力不做功，選項(xiàng)A正確；
B、若F_洛＜mg，則彈力方向向上，豎直方向滿足F_N+F_洛=mg，水平方向受摩擦力向左，滑塊做減速運(yùn)動(dòng)，由F_洛=qvB知，F(xiàn)_洛減小，F(xiàn)_N則增大，f增大，由-f=mav知，v繼續(xù)減小，最后減為零，由動(dòng)能定理知，-W_克=0--$\frac{1}{2}$m${v}_{0}^{2}$，解得W_克=$\frac{1}{2}$m${v}_{0}^{2}$，故B錯(cuò)誤；
CD、若F_洛＞mg，則滑塊受到向下的壓力F_N，在豎直方向滿足F_洛=mg+F_N，滑塊向右做減速運(yùn)動(dòng)，由動(dòng)態(tài)分析知，當(dāng)F_洛=mg時(shí)F_N=0，f=0，最終滑塊做勻速運(yùn)動(dòng)，此時(shí)滿足qvB=mg，解得v=$\frac{mg}{qB}$，對(duì)滑塊整個(gè)過(guò)程由動(dòng)能定理得-W_克=$\frac{1}{2}$mv²-$\frac{1}{2}$m${v}_{0}^{2}$，
聯(lián)立解得W_克=$\frac{1}{2}$m${v}_{0}^{2}$-$\frac{{m}^{3}{g}^{2}}{2{q}^{2}{B}^{2}}$，故C錯(cuò)誤，D錯(cuò)誤；
故選：A

點(diǎn)評(píng) 洛倫茲力是變力，其方向時(shí)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(dòng)能等問(wèn)題，要用動(dòng)能定理求解．