题目内容

4.如图所示,质量和电荷量均相同的两个小球A、B分别套在光滑绝缘杆MN、NP上,两杆固定在一起,NP水平且与MN处于同一竖直面内,∠MNP为钝角.B小球受一沿杆方向的水平堆力F1作用,A、B均处于静止状态,此时A、B两球间距为L1.现缓慢推动B球,A球也缓慢移动,当B球到达C点时,水平推力大小为F2,A、B两球间距为L2,则(  )
A.F1<F2B.F1>F2C.L1<L2D.L1>L2

分析 对A球受力分析,根据动态平衡的分析方法,受到的重力大小方向不变、支持力的方向不变,库仑力的方向在改变,但是由于B球只能到C,故由矢量三角形可知A受到的库仑力在减小.根据库仑定律的表达式判断AB之间的距离变化.再对B受力分析,根据平衡条件判断推力的变化.

解答
解:CD、对A受力分析如图所示,A受到重力mg、支持力FA和库仑力F库,根据平衡条件可知,重力mg和库仑力F库的合力FA′与支持力FA等值反向,可以把重力mg、支持力FA和库仑力F库之间的关系转变为mg、FA′、F库′之间的三角形关系,如图所示.当B球向C移动的过程中,库仑力的方向在改变,即图中α角变小,由矢量三角形可知,库仑力在变小.根据库仑定律${F}_{库}=k\frac{{q}^{2}}{{L}^{2}}$可知L变大,即AB之间的距离变大.故C正确、D错误.
AB、对B球受力分析如图所示,B受到重力mg、支持力FB、库仑力F库和推力F,根据平衡条件可知,F=F库cosβ,当B球向C移动的过程中,库仑力的方向在改变,即β在变大,则cosβ变小,库仑力又在减小,故推力F变小,即F1>F2.故A错误、B正确.
故选:BC.

点评 本题要掌握库仑定律、平衡条件、受力分析,是一道综合能力较强的题目,本题的突破口在于A球受到的重力大小方向不变、支持力的方向不变,库仑力的方向在改变.

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