高考物理一轮复习-核心素养微专题十-图象法在电磁感应中的应用.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,核心素养微专题,十,图象法在电磁感应中的应用,【,素养养成,】,1.,图象类型,:,借助图象考查电磁感应的规律是高考的热点,此类题目一般分为两类,:,(1),由给定的电磁感应过程选择正确的图象。,(2),由给定的图象分析电磁感应过程,定性或定量求解相应的物理量或推断出其他图象。,常见的图象有,-t,、,E-t,、,i-t,、,U-t,、,q-t,、,F-t,、,P-t,等图象。,2.,方法突破,:,类型一根据电磁感应过程选图象,类型二根据图象分析电磁感应过程,3.,应用技巧,:,(1),三个关注,:,关注初始时刻,如初始时刻感应电流是否为零,是正方向还是负方向,;,关注变化过程,看电磁感应发生过程分几个阶段,这几个阶段是否和图象变化相对应,;,关注大小、方向的变化趋势,看图象斜率大小、图象的曲直和物理过程是否对应。,(2),三个明确,:,明确图象所描述的物理意义,;,明确各种正、负号的含义,;,明确斜率、截距、折点的含义。,(3),三种特殊解法。,排除法,:,定性地分析电磁感应过程中物理量的变化趋,势,(,增大还是减小,),、变化快慢,(,均匀变化还是非均匀变,化,),特别是分析物理量的正负,以排除错误的选项。比,如,:,对于线圈一进一出的问题,q=n =0,i-t,图象中,t,轴上方的面积和,t,轴下方的面积相等。,函数法,:,根据题目所给条件结合法拉第电磁感应定律、牛顿第二定律、欧姆定律等定量地写出两个物理量之间的函数关系式,由函数关系式对图象进行分析和判断,比如分析斜率的变化、截距的含义等。,特殊值法,:,根据特殊时刻、特殊位置值是否符合实际,判断正误。,【,典例突破,】,【,典例,1】,(2018,娄底模拟,),如图所示,在边长为,a,的正方形区域内,有以对角线为边界、垂直于纸面的两个匀强磁场,磁感应强度大小相同、方向相反,纸面内一边长为,a,的正方形导线框沿,x,轴匀速穿过磁场区域,t=0,时刻恰好开始进入磁场区域,以顺时针方向为导线框中电流的正方向,下列选项中能够正确表示电流与位移关系的是,(,),【,点睛,】,(1),线框匀速穿过磁场区域,根据,q=,可,知通过线框的电荷量为,0,i,x,图象和,i,t,图象形状,相同,面积为,0,。,(2),顺时针方向为导线框中电流的正方向,关注初始,时刻导线框中的感应电流方向。,(3),对于图象问题,往往采用定性与定量相结合的方法判断,根据感应电流方向就可定性排除掉一些选项,再根据法拉第电磁感应定律和欧姆定律得到,i,与,x,的关系式定量分析。,【,解析,】,选,B,。在,0 xa,右边框切割磁感线产生感,应电流,电流大小,i=,其中,0 x,时,方向顺时针,;x=,时,导线框中感应电,流为零,;,xa,时,方向逆时针。在,ax,2a,时,左边,框切割磁感线产生感应电流,ax,时,感应电流大,小,i=,方向逆时针,;x=,时,导线框中感应电流为零,;,x2a,方向顺时针,所以,B,项正确,A,、,C,、,D,项错误。,【,典例,2】,(2018,赤峰模拟,),如图甲所示,光滑平行金,属导轨,MN,、,PQ,所在平面与水平面成,角,M,、,P,两端接一,电阻为,R,的定值电阻,电阻为,r,的金属棒,ab,垂直导轨放置,其他部分电阻不计。整个装置处在磁感应强度大小为,B,、,方向垂直导轨平面向上的匀强磁场中。,t=0,时对金属棒,施加一平行于导轨向上的外力,F,使金属棒由静止开始,沿导轨向上运动,通过定值电阻,R,的电荷量,q,随时间的平方,t,2,变化的关系如图乙所示。下列关于穿过回路,abPMa,的磁通量,、金属棒的加速度,a,、外力,F,、通过电阻,R,的电流,I,随时间,t,变化的图象中正确的是,(,),【,点睛,】,(1),根据电路中通过电阻,R,的电荷量,q,的计算公式,结合乙图不难发现导体棒沿斜面向上做初速度为零的匀加速直线运动。,(2),结合法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律、牛顿第二定律写出感应电流,I,、外力,F,与时间,t,的关系式。,【,解析,】,选,C,。设导体棒,ab,沿斜面向上移动,d,的过程中,通过定值电阻,R,的电荷量为,q,设导体棒的长度为,L,则,有,:q=d,可得,=,Rq,因,q,与,t,2,成正比,设比,例系数为,k,则有,:-,0,=kRt,2,即,:=,0,+kRt,2,由图乙,可知通过定值电阻,R,的电荷量,q,与,t,2,成正比,根据,q=,d,可知导体棒,ab,沿斜面向上移动的距离,d,与上,移时间,t,2,成正比,结合初速度为零的匀变速直线运动位,移,时间关系可得导体棒沿斜面向上做初速度为零的,匀加速直线运动,设加速度为,a,则有,:v=,at,I,=,F-,mgsin,-F,A,=ma,可得,:F=,mgsin+ma+BIL,=,mgsin+ma,+t,。故选,C,。,【,强化训练,】,1.(,多选,)(2018,武汉模拟,),如图甲所示,在足够长的光滑的斜面上放置着金属线框,垂直于斜面方向的匀强磁场的磁感应强度,B,随时间的变化规律如图乙所示,(,规定垂直斜面向上为正方向,),。,t=0,时刻将线框由静止释放,在线框下滑的过程中,下列说法正确的是,(,),A.,线框中产生大小、方向周期性变化的电流,B.MN,边受到的安培力先减小后增大,C.,线框做匀加速直线运动,D.,线框中产生的焦耳热等于其机械能的损失,【,解析,】,选,B,、,C,。根据法拉第电磁感应定律,E=S,得,磁感应强度的变化率不变,则感应电动势不变,感应电,流的大小不变,根据楞次定律知,感应电流的方向不变,故,A,项错误,;,根据,F=BIL,知,感应电流的大小不变,磁感应,强度的大小先减小后反向增大,则,MN,边所受的安培力先,减小后增大,故,B,项正确,;,线框上下两边所受的安培力大,小相等,方向相反,可以知道线框所受的合力大小恒定,线框做匀加速直线运动,故,C,项正确,;,对于线框,只有重力做功,机械能守恒,根据能量守恒知,磁场能转化为焦耳热,故,D,项错误。,2.(,多选,)(2018,许昌模拟,),两条平行虚线间存在一匀,强磁场,磁感应强度方向与纸面垂直,一正方形单匝导,线框,abcd,位于纸面内,如图甲所示。,t=0,时,cd,边与磁场,边界重合,线框在水平外力,F,的作用下从静止开始做变,速直线运动通过磁场。规定逆时针方向为感应电流的,正方向,回路中感应电流随时间变化如图乙所示,;,规定,水平向左为力的正方向,下列给出的关于回路中感应电动势,E,、线框所受安培力,F,安,、外力,F,随时间变化的图象中,可能正确的是,(,),【,解析,】,选,A,、,C,、,D,。设线框的电阻为,R,则电动势,E=IR,即,E,与,I,成正比,又,E,与,I,方向相同,选项,A,正确,;,设线框的,边长为,L,磁感应强度大小为,B,则,F,安,=BLI,即,F,安,与,I,成正,比,;,根据楞次定律可知,安培力总是阻碍线框的运动,即,安培力的方向总是水平向左,选项,C,正确、,B,错误,;,根据,法拉第电磁感应定律知,E=,BLv,又,E=IR,得,v=,即,v,与,I,成正比,结合题图乙可知,经过相等时间,t,0,电流增加量相等,则经过相等时间,t,0,速度增加量相等,线框从静止开始做匀加速直线运动,设加速度为,a,根据牛顿第二定律,有,F-F,安,=ma,即,F=,ma+F,安,=,ma+BLI,方向始终向右,选项,D,正确。,3.(2018,太原模拟,),图甲中,两平行光滑金属导轨放置,在水平面上,间距为,L,左端接电阻,R,导轨电阻不计。整,个装置处于方向竖直向下、磁感应强度为,B,的匀强磁场,中。将质量为,m,、电阻为,r,的金属棒,ab,置于导轨上。当,ab,受到垂直于金属棒的水平外力,F,的作用由静止开始运,动时,F,与金属棒速度,v,的关系如图乙。已知,ab,与导轨始,终垂直接触良好,设,ab,中的感应电流为,i,ab,受到的安培力大小为,F,A,R,两端的电压为,U,R,R,的电功率为,P,则图中大致正确的是,(,),【,解析,】,选,A,。金属棒受到的安培力,:F,A,=,BiL,=,对,金属棒,由牛顿第二定律可得,:F-F,A,=ma,金属棒的加速,度,:a=,由图乙所示可知,力,F,随速度增大而减,小,金属棒做加速度减小的加速运动,当拉力与安培力,相等时金属棒做匀速直线运动。感应电动势,:E=,BLv,电,路电流,:i=v,由于金属棒先做加速度减小,的加速运动后做匀速直线运动,则,i,先增大然后保持不,变,i,在相等时间内的增加量逐渐减小,由图示图象可,知符合题意,故,A,项正确,;,金属棒受到的安培力,:F,A,=,BiL,=,由于金属棒先做加速度减小的加速运动后做,匀速直线运动,则安培力随时间先增大后保持不变,故,B,项错误,;R,两端电压,:U,R,=,iR,=,由于金属棒先,做加速度减小的加速运动后做匀速直线运动,则,R,两端,电压先增大后保持不变,且电压在相等时间内的增加量,逐渐减少,故,C,项错误,;R,的电功率,:P=i,2,R=,由,于金属棒先做加速度减小的加速运动后做匀速直线运,动,电阻,R,的电功率先增大后保持不变,且电功率在相等,时间内的增加量逐渐减少,故,D,项错误。,4.,宽为,L,的两光滑竖直裸导轨间接有固定电阻,R,导轨,(,电阻忽略不计,),间,、,区域中有垂直纸面向里宽为,d,、磁感应强度为,B,的匀强磁场,、,区域间距为,h,如图,有一质量为,m,、长为,L,电阻不计的金属杆与竖直导轨紧密接触,从距区域,上端,H,处杆由静止释放。若杆在,、,区域中运动情况完全相同,现以杆由静止释放为计时起点,则杆中电流随时间,t,变化的图象可能正确的是,(,),【,解析,】,选,B,。杆在无磁场区域运动时做,a=g,的匀,加速直线运动,所以,I-t,图象的电流强度为零,;,而杆,通过场区可能做加速度减小的减速运动,所以,I=,所以,I-t,图象的斜率减小,B,项,正确,A,、,C,、,D,项错误。,5.(2018,蚌埠模拟,),如图甲所示,PQ,和,MN,是两根间距为,L,的光滑水平长直导轨,P,与,M,之间连接一个阻值为,R,的定值电阻,一个长为,L,、质量为,m,、电阻为,r,的金属棒,ab,垂直放在导轨上,整个装置处于竖直方向匀强磁场中,磁场的磁感应强度为,B,。,(1),现在金属棒,ab,上作用一个大小为,F,的水平恒力,使其沿导轨运动,求,ab,棒最大速度的大小。,(2),若在金属棒,ab,上作用一个水平力,F,使金属棒,ab,沿导轨由静止做加速度为,a,的匀加速直线运动,求水平力,F,与时间,t,的函数关系式,并在所给坐标系乙中大致作出,F,与时间,t,的函数图象。,【,解析,】,(1),当安培力与拉力达到平衡时速度最大,设最大速度为,v,m,根据共点力的平衡条件可得,:,BIL=F,其中,I=,联立解得,:,v,m,=,(2),根据法拉第电磁感应定律可得,:,E=,BLv,根据牛顿第二定律可得,:,F-F,A,=ma,即,:F-=ma,根据速度,时间关系可得,:v=at,联立解得,:,F=ma+t,图象如图所示。,答案,:,(1),(2)F=ma+t,图象见解析,