2020高考物理一輪復(fù)習(xí) 熱點(diǎn)專題系列(六)電磁感應(yīng)中的圖象問題學(xué)案(含解析).doc
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電磁感應(yīng)中的圖象問題 熱點(diǎn)概述:電磁感應(yīng)是高考的熱點(diǎn),圖象類型題目比較多,常常綜合動(dòng)力學(xué)、電學(xué)、能量等知識(shí)分析判斷,現(xiàn)總結(jié)如下: 1.圖象類型 (1)電磁感應(yīng)中常涉及磁感應(yīng)強(qiáng)度B、磁通量Φ、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E和感應(yīng)電流I等隨時(shí)間變化的圖象,即Bt圖象、Φt圖象、Et圖象和It圖象。 (2)對(duì)于切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流的情況,有時(shí)還常涉及感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E和感應(yīng)電流I等隨位移變化的圖象,即Ex圖象和Ix圖象等。 (3)電磁感應(yīng)還常常結(jié)合動(dòng)力學(xué)、電路、能量轉(zhuǎn)化與功能關(guān)系等知識(shí)一起考查,常涉及到的圖象有vt圖象、Ft圖象、Ut圖象、qt圖象、Pt圖象等。 2.兩類圖象問題 (1)由給定的電磁感應(yīng)過程選出或畫出正確的圖象。 (2)由給定的有關(guān)圖象分析電磁感應(yīng)過程,求解相應(yīng)的物理量。 3.解題關(guān)鍵 弄清初始條件、正負(fù)方向的對(duì)應(yīng)變化范圍、所研究物理量的函數(shù)表達(dá)式、進(jìn)出磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)等是解決此類問題的關(guān)鍵。 4.電磁感應(yīng)中圖象類選擇題的兩個(gè)常用方法 排除法 定性地分析電磁感應(yīng)過程中物理量的變化趨勢(shì)(增大還是減小)、變化快慢(均勻變化還是非均勻變化),特別是分析物理量的正負(fù),以排除錯(cuò)誤的選項(xiàng) 函數(shù)法 根據(jù)題目所給條件定量地寫出兩個(gè)物理量之間的函數(shù)關(guān)系,然后由函數(shù)關(guān)系對(duì)圖象進(jìn)行分析和判斷 [熱點(diǎn)透析] 圖象的選擇 (1)分析電磁感應(yīng)過程,判斷對(duì)應(yīng)的圖象是否能將運(yùn)動(dòng)過程分段,共分幾段; (2)分析物理量的正負(fù); (3)定性判斷橫縱坐標(biāo)是線性關(guān)系還是非線性關(guān)系、是正相關(guān)還是負(fù)相關(guān); (4)寫出函數(shù)關(guān)系式,進(jìn)行數(shù)學(xué)分析,如分析斜率的變化、截距等; (5)判斷圖象正誤。 (2018全國卷Ⅱ)如圖,在同一平面內(nèi)有兩根平行長導(dǎo)軌,導(dǎo)軌間存在依次相鄰的矩形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,區(qū)域?qū)挾染鶠閘,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等、方向交替向上向下。一邊長為l的正方形金屬線框在導(dǎo)軌上向左勻速運(yùn)動(dòng),線框中感應(yīng)電流i隨時(shí)間t變化的正確圖線可能是( ) 解析 如圖甲,線框左端從①移動(dòng)到②的過程中線框左邊切割磁感線產(chǎn)生的電流方向是順時(shí)針,線框右邊切割磁感線產(chǎn)生的電流方向也是順時(shí)針,線框兩邊切割磁感線產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)方向相同,所以E=2Blv,則電流為i==,電流恒定且方向?yàn)轫槙r(shí)針。 如圖乙,再從②移動(dòng)到③的過程中線框左右兩邊切割磁感線產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)大小相等,方向相反,所以回路中電流大小為零。 如圖丙,然后從③到④的過程中,線框左邊切割磁感線產(chǎn)生的電流方向是逆時(shí)針,而線框右邊切割磁感線產(chǎn)生的電流方向也是逆時(shí)針,所以電流的大小為i==,方向是逆時(shí)針。 當(dāng)線框再向左運(yùn)動(dòng)時(shí),線框左右兩邊切割磁感線產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)大小相等,方向相反,此時(shí)回路中電流大小為零,故線框在運(yùn)動(dòng)過程中電流是周期性變化,故D正確。 答案 D 圖象的轉(zhuǎn)換 (1)要明確已知圖象表示的物理規(guī)律和物理過程; (2)根據(jù)所求的圖象和已知圖象的聯(lián)系進(jìn)行圖象間的轉(zhuǎn)換,對(duì)另一圖象做出正確的判斷。 如圖甲,線圈ab、cd繞在同一軟鐵芯上。在ab線圈中通以變化的電流,用示波器測(cè)得線圈cd兩端電壓如圖乙所示。已知線圈內(nèi)部的磁場(chǎng)與流經(jīng)線圈的電流成正比,則下列描述線圈ab中電流隨時(shí)間變化關(guān)系的圖中,可能正確的是( ) 解析 因?yàn)榫€圈cd每個(gè)時(shí)間段內(nèi)兩端電壓大小不變化,則每個(gè)時(shí)間段內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不變,根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律得:E=NS,則線圈ab中每個(gè)時(shí)間段內(nèi)電流的磁場(chǎng)均勻變化,正確反映這一關(guān)系的為C。故C正確,A、B、D錯(cuò)誤。 答案 C 圖象的應(yīng)用 從圖象上讀取有關(guān)信息是解題的關(guān)鍵,圖象是數(shù)理綜合的一個(gè)重要的窗口,在運(yùn)用圖象解決物理問題時(shí),第一個(gè)關(guān)鍵是破譯,即解讀圖象中的關(guān)鍵信息(尤其是過程信息);另一個(gè)關(guān)鍵是轉(zhuǎn)換,即有效地實(shí)現(xiàn)物理信息和數(shù)學(xué)信息的相互轉(zhuǎn)換。 (2018武漢二月調(diào)研)(多選)如圖a所示,水平面內(nèi)有一光滑金屬導(dǎo)軌,ac邊的電阻為R,其他電阻均不計(jì),ab與ac夾角為135,cd與ac垂直。將質(zhì)量為m的長直導(dǎo)體棒擱在導(dǎo)軌上,并與ac平行。棒與ab、cd交點(diǎn)G、H間的距離為L0,空間存在垂直于導(dǎo)軌平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。在外力作用下,棒由GH處以初速度v0向右做直線運(yùn)動(dòng)。其速度的倒數(shù)隨位移x變化的關(guān)系如圖b所示。在棒運(yùn)動(dòng)L0到MN處的過程中( ) A.導(dǎo)體棒做勻變速直線運(yùn)動(dòng) B.導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為 C.流過導(dǎo)體棒的電流大小不變 D.外力做的功為+ 解析 根據(jù)題圖b導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)的速度的倒數(shù)隨位移x變化的關(guān)系可知,導(dǎo)體棒做非勻變速直線運(yùn)動(dòng),A錯(cuò)誤;根據(jù)導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)的速度的倒數(shù)隨位移x變化的圖線與橫軸所圍的面積表示時(shí)間可知,導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t=L0=,B正確;根據(jù)題圖b導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)的速度的倒數(shù)隨位移x變化的關(guān)系圖象可得,=+x,解得v=,導(dǎo)體棒切割磁感線的有效長度L=L0+x,根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,導(dǎo)體棒切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=BLv=B(L0+x)=BL0v0,為一恒量,由閉合電路歐姆定律可知,流過導(dǎo)體棒的電流大小I==不變,C正確;根據(jù)能量守恒知,在棒從HG處運(yùn)動(dòng)到MN處的過程中,外力做的功等于電阻產(chǎn)生的熱量Q和金屬棒動(dòng)能變化量的代數(shù)和,電阻產(chǎn)生的熱量Q=I2Rt=2R=,金屬棒動(dòng)能變化量ΔEk=m2-mv=-mv,即外力做的功為W=-mv,D錯(cuò)誤。 答案 BC [熱點(diǎn)集訓(xùn)] 1.(2018東北三省四校大聯(lián)考)(多選)如圖甲所示,粗細(xì)均勻的矩形金屬線框abcd固定于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)方向垂直線框所在平面,磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t變化的規(guī)律如圖乙所示。以垂直于線框所在平面向里為磁感應(yīng)強(qiáng)度B的正方向,則選項(xiàng)圖中關(guān)于ab邊的熱功率P、ab邊受到的安培力F(以向右為正方向)隨時(shí)間t變化的規(guī)律正確的是( ) 答案 AD 解析 由題圖乙知,的大小恒定,根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律E=n=nS可知,線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小不變,所以感應(yīng)電流大小也不變,ab邊的熱功率P=I2R,恒定不變,A正確,B錯(cuò)誤;根據(jù)安培力公式F=BIL,因?yàn)殡娏鞔笮?、ab邊長度不變,安培力大小與磁感應(yīng)強(qiáng)度大小成正比,根據(jù)楞次定律判定感應(yīng)電流方向,再根據(jù)左手定則判定安培力方向,可知C錯(cuò)誤,D正確。 2.(2018蓉城模擬)(多選)如圖所示,兩光滑平行且足夠長的直導(dǎo)軌與水平面成θ角傾斜放置,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)與導(dǎo)軌所在平面垂直。已知金屬棒MN能沿導(dǎo)軌自由滑動(dòng),導(dǎo)軌上端跨接一個(gè)定值電阻R,金屬棒與導(dǎo)軌電阻不計(jì)。金屬棒從靜止開始沿導(dǎo)軌向下運(yùn)動(dòng),在此過程中,下列表示金屬棒速度v、加速度a、通過電阻R的電荷量q以及感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E隨時(shí)間t變化關(guān)系的圖象,其中正確的是( ) 答案 ABD 解析 以金屬棒MN為研究對(duì)象,受力分析如圖所示,金屬棒沿導(dǎo)軌下滑的過程中,產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為E=Blv,由閉合電路歐姆定律可知I==,則金屬棒所受的安培力大小為FA=BIL=,由牛頓第二定律可知金屬棒下滑的加速度大小為a==gsinθ-,金屬棒沿導(dǎo)軌加速下滑的過程中,加速度逐漸減小,且速度增大的越來越慢,故加速度減小的越來越慢,當(dāng)加速度減為零時(shí),金屬棒的速度達(dá)到最大值且此時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大,A、B、D正確;假設(shè)時(shí)間t內(nèi)金屬棒沿導(dǎo)軌下滑的距離為x,則由法拉第電磁感應(yīng)定律==,該過程的平均感應(yīng)電流大小為==,則通過電阻的電荷量為q=t=,由于金屬棒做加速度越來越小的加速運(yùn)動(dòng),金屬棒的位移隨時(shí)間增大,且增加得越來越快,通過電阻的電荷量在相等時(shí)間內(nèi)的增加量逐漸增大,當(dāng)金屬棒勻速運(yùn)動(dòng)時(shí),相等時(shí)間內(nèi)通過電阻的電荷量相等,即均勻增加,C錯(cuò)誤。(C選項(xiàng)也可以從最后電荷量趨近于最大值入手分析,因?yàn)榻饘侔暨_(dá)到最大速度后勻速運(yùn)動(dòng),仍有電荷量通過電阻R,即通過電阻的電荷量會(huì)持續(xù)且穩(wěn)定地增大,C錯(cuò)誤。) 3.(2018河南期末)兩個(gè)不可變形的正方形導(dǎo)體框a、b連成如圖甲所示的回路,并固定在豎直平面(紙面)內(nèi)。導(dǎo)體框a內(nèi)固定一小圓環(huán)c,a與c在同一豎直面內(nèi),圓環(huán)c中通入如圖乙所示的電流(規(guī)定逆時(shí)針方向?yàn)殡娏鞯恼较?,導(dǎo)體框b的MN邊處在垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,則MN邊在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中受到的安培力( ) A.0~1 s內(nèi),方向向下 B.1~3 s內(nèi),方向向下 C.3~5 s內(nèi),先逐漸減小后逐漸增大 D.第4 s末,大小為零 答案 B 解析 根據(jù)it圖象可知,在0~6 s內(nèi)MN邊都有大小恒定的電流通過,由F=BIl可知,安培力的大小是恒定的,C、D均錯(cuò)誤;0~1 s、3~5 s內(nèi)電流的方向由N→M;1~3 s、5~6 s內(nèi)電流的方向由M→N,對(duì)以上情況可用左手定則判斷出MN邊的安培力方向,0~1 s、3~5 s內(nèi)安培力方向向上,1~3 s、5~6 s內(nèi)安培力方向向下,故B正確,A錯(cuò)誤。 4. (2019湖南六校聯(lián)考)如圖所示,邊長為L的菱形由兩個(gè)等邊三角形abd和bcd構(gòu)成,三角形abd內(nèi)存在垂直紙面向外的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng),三角形bcd內(nèi)存在垂直紙面向里的磁感應(yīng)強(qiáng)度也為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。一個(gè)邊長為L的等邊三角形導(dǎo)線框efg在紙面內(nèi)向右勻速穿過磁場(chǎng),頂點(diǎn)e始終在直線ab上,底邊gf始終與直線dc重合。規(guī)定逆時(shí)針方向?yàn)殡娏鞯恼较颍趯?dǎo)線框通過磁場(chǎng)的過程中,導(dǎo)線框中感應(yīng)電流隨其位移變化的圖象是( ) 答案 A 解析 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=BL有v,電流I==。三角形導(dǎo)線框efg向右運(yùn)動(dòng),根據(jù)右手定則,開始時(shí)ef切割磁感線,產(chǎn)生順時(shí)針方向的電流,大小設(shè)為I0,如圖所示,在0~的過程中,en切割磁感線產(chǎn)生順時(shí)針方向的電流,nf產(chǎn)生逆時(shí)針方向的電流,em產(chǎn)生逆時(shí)針方向的電流,切割磁感線的有效長度為L有=(en-nf-em)cos30,隨著三角形導(dǎo)線框向右運(yùn)動(dòng),L有減小,感應(yīng)電流減小,當(dāng)運(yùn)動(dòng)到時(shí),L有=0,感應(yīng)電流為零;在~L的過程中,三角形導(dǎo)線框繼續(xù)向右運(yùn)動(dòng),根據(jù)幾何關(guān)系,L有=(nf+em-en)cos30,L有逐漸變大,感應(yīng)電流變大,方向?yàn)槟鏁r(shí)針,當(dāng)efg與bcd重合即x=L時(shí),eg邊和ef邊切割磁感線,電流大小變?yōu)?I0;L~2L過程中,三角形導(dǎo)線框繼續(xù)向右運(yùn)動(dòng),gp切割磁感線,產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),L有=gpcos30,電流方向?yàn)轫槙r(shí)針,逐漸減小,直至全部出磁場(chǎng)電流為零,故A正確。 5. (2018東北三省四市聯(lián)考)(多選)如圖所示,光滑平行金屬導(dǎo)軌MN、PQ放置在同一水平面內(nèi),M、P之間接一定值電阻R,金屬棒cb垂直導(dǎo)軌水平放置,金屬棒cb及導(dǎo)軌電阻不計(jì)。整個(gè)裝置處在豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,t=0時(shí)對(duì)金屬棒施加水平向右的外力F,使金屬棒由靜止開始做勻加速直線運(yùn)動(dòng)。下列關(guān)于通過金屬棒的電流i、通過導(dǎo)軌橫截面的電荷量q、拉力F和拉力F的功率P隨時(shí)間變化的圖象中正確的是( ) 答案 AC 解析 t=0時(shí)對(duì)金屬棒施加水平向右的外力F,使金屬棒由靜止開始做勻加速直線運(yùn)動(dòng),設(shè)加速度為a,則金屬棒的速度可表示為v=at,由法拉第電磁感應(yīng)定律,切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=BLv=BLat,根據(jù)閉合電路歐姆定律,金屬棒中電流i==,與時(shí)間成正比,A正確;感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)==B,S=Lx=Lat2,=,q=Δt,聯(lián)立解得q=BLat2,B錯(cuò)誤;金屬棒運(yùn)動(dòng)過程中所受的安培力F安=BiL=,由牛頓第二定律,得F-F安=ma,解得F=ma+,C正確;拉力的功率P=Fv=at,D錯(cuò)誤。 6.(2018福建質(zhì)檢)(多選)如圖所示,空間內(nèi)存在豎直方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。電阻可忽略不計(jì)的金屬框架ABCD固定在水平面內(nèi),AB與CD平行且足夠長,BC與CD的夾角為θ(θ<90)。一根粗細(xì)均勻的光滑導(dǎo)體棒EF垂直于CD放置,在外力F的作用下以垂直于自身的速度v向右勻速運(yùn)動(dòng)。若以導(dǎo)體棒經(jīng)過C點(diǎn)時(shí)為計(jì)時(shí)起點(diǎn),則電路中的電流大小I、外力F、消耗的電功率P、導(dǎo)體棒EF兩點(diǎn)間的電勢(shì)差U隨時(shí)間t的變化規(guī)律的圖象中,正確的是( ) 答案 BC 解析 設(shè)金屬棒的速度為v,則在從開始至到達(dá)B的運(yùn)動(dòng)過程中有效切割長度為:L=vttanθ;設(shè)金屬棒橫截面積為S,電阻率為ρ,則回路中電阻為:R=ρ=ρ,所以回路中的電流為:I==,為定值;在離開B之后,導(dǎo)體棒的電阻及切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與到達(dá)B點(diǎn)時(shí)的均相同,則感應(yīng)電流也相同,故電流的大小一直不變,故A錯(cuò)誤。勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)外力和安培力平衡,從開始計(jì)時(shí)至到達(dá)B的過程中,F(xiàn)=FA=BIL=BIvttanθ;當(dāng)EF在兩個(gè)導(dǎo)軌之間的距離不變時(shí),拉力F=BIL為定值,故B正確。導(dǎo)體棒在到達(dá)B之前消耗的電功率為P=I2R=t,進(jìn)入BA段以后電阻和電流均不變,電功率不變,故C正確。導(dǎo)體棒EF兩點(diǎn)間的電勢(shì)差是BL0v,L0為EF的長,故EF兩點(diǎn)間的電勢(shì)差始終不變,故D錯(cuò)誤。 7.(2018安徽江南十校3月檢測(cè))如圖所示,有兩個(gè)相鄰的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小均為B,磁場(chǎng)方向相反,且與紙面垂直。兩個(gè)磁場(chǎng)區(qū)域在x軸方向?qū)挾染鶠閍,在y軸方向足夠?qū)挕,F(xiàn)有一個(gè)菱形導(dǎo)線框abcd,ac長為2a,從圖示位置開始向右勻速穿過磁場(chǎng)區(qū)域。若以逆時(shí)針方向?yàn)殡娏鞯恼较?,在線框中感應(yīng)電流i與線框移動(dòng)距離x的關(guān)系圖象中正確的是( ) 答案 C 解析 如題圖所示,在線框進(jìn)入左側(cè)磁場(chǎng)區(qū)域的過程中,穿過線框的磁通量增加,磁場(chǎng)垂直于紙面向里,根據(jù)楞次定律可判斷,線框中產(chǎn)生逆時(shí)針方向的電流,所以B錯(cuò)誤;當(dāng)位移x=a的時(shí)候,線框切割磁感線的有效長度最大,根據(jù)E=Blv可知,產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大,感應(yīng)電流最大為I0,然后開始減??;當(dāng)線框在兩側(cè)磁場(chǎng)區(qū)域中切割的有效長度相等時(shí),感應(yīng)電流減小為零,然后開始反向增大,當(dāng)x=2a時(shí),磁通量減小為零,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)增大到最大E=2Bav,感應(yīng)電流為-2I0,所以A、D錯(cuò)誤,C正確。- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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