河北师大附中高考物理第二轮复习精品课件电磁感应中的图像问题.ppt

电磁感应中的图像问题 图像法是分析和处理物理问题的重要方法 电磁感应中的图像问题分成两类 一是由给定的电磁感应过程选出或画出正确的图像 二是由给定的有关图像分析电磁感应过程 求解相应的物理量 高考中涉及磁感应强度b 磁通量 感应电动势e 电压u 感应电流i随时间变化的图像 即b t t e t u t i t图 对于切割磁感线产生感应电动势和感应电流的情况 还涉及到感应电动势e和感应电流i随位移变化的图像 即e x图和i x图 电磁感应中的图像问题的分析 要抓住磁通量的变化是否均匀 从而推知感应电动势 电流 是否大小恒定 用楞次定律或右手定则判断出感应电动势 感应电流 的方向 从而确定其正负 以及在坐标中范围 分析回路中的感应电动势或感应电流的大小 要利用法拉第电磁感应定律来分析 有些图像还需要画出等效电路图来辅助分析 不管是哪种类型的图像 都要注意图像与解析式 物理规律 和物理过程的对应关系 都要用图线的斜率 截距的物理意义去分析问题 1 图象的选择 题目中有对物理过程或物理规律的叙述 给出备选图象 让考生选出符合题意的图像 解决这类问题可以有两种方法 一种是 排除法 即排除与题目要求相违背的图象 选出正确图象 另一种是 对照法 即按照题目要求应用相关规律画出正确的草图 再与选项对照解决 1 如图1所示 一宽40cm的匀强磁场区域 磁场方向垂直纸面向 一边长为20cm的正方形导线框位于纸面内 以垂直于磁场边界的恒定速度v 20cm s通过磁场区域 在运动过程中 线框有一边始终与磁场区域的边界平行 取它刚进入磁场的时刻t 0 在图2所示的图线中 正确反映感应电流随时间变化规律的是 图2 c 2 如图1示 边长a 0 1m 电阻r 0 2 的正方形线框 以速度v 0 2m s匀速穿过宽度均为a的两个匀强磁场 这两个磁场的方向相反 都和纸面垂直 磁感应强度b的大小均为0 5t 线框运动方向与线框的一边平行且与磁场边缘垂直 取逆时针方向的电流为正方向 在穿过磁场的过程中 线框中产生的感应电流随时间变化的图象是图2中的 c 3 图中两条平行虚线之间存在匀强磁场 虚线间的距离为l 磁场方向垂直纸面向里 abcd是位于纸面内的梯形线圈 ad与bc间的距离也为l t 0时刻 bc边与磁场区域边界重合 如图 现令线圈以恒定的速度v沿垂直于磁场区域边界的方向穿过磁场区域 取沿a b c d a的感应电流为正 则在线圈穿越磁场区域的过程中 感应电流i随时间t变化的图线可能是 图2 b 4 如图所示的异形导线框 匀速穿过一匀强磁场区 导线框中的感应电流i随时间t变化的图象是 设导线框中电流沿abcdef为正方向 d 首先将运动过程分段处理 在每一段运动过程中确定哪一段导线切割磁感线 它就相当于电源 然后确定切割磁感线的有效长度 再根据e blv和右手定则判定感应电流的大小和方向 5 如图所示 一闭合直角三角形线框以速度v匀速穿过匀强磁场区域 从bc边进入磁场区开始计时 到a点离开磁场区止的过程中 线框内感应电流的情况 以逆时针方向为电流的正方向 是如下图所示中的 a 首先将运动过程分段处理 在每一段运动过程中确定哪一段导线切割磁感线 它就相当于电源 然后确定切割磁感线的有效长度 再根据e blv和右手定则判定感应电流的大小和方向 6 如图所示 loo l 为一折线 它所形成的两个角 loo 和 oo l 均为450 折线的右边有一匀强磁场 其方向垂直oo 的方向以速度v做匀速直线运动 在t 0时刻恰好位于图中所示的位置 以逆时针方向为导线框中电流的正方向 在下面四幅图中能够正确表示电流 时间 i t 关系的是 时间以l v为单位 d 7 如图1所示 在x 0的区域内存在匀强磁场 磁场的方向垂直于xy平面 纸面 向里 具有一定电阻的矩形线框abcd位于xy平面内 线框的ab边与y轴重合 令线框从t 0的时刻起由静止开始沿x轴正方向做匀加速运动 则线框中的感应电流i 取逆时针方向的电流为正 随时间t的变化图线i t图可能是下图中的哪一个 d 8 如图甲所示 在x轴上方有垂直纸面向外的匀强磁场 在x轴下方有垂直纸面向里的匀强磁场 在xoy平面上有一个导线框 它由沿ox轴方向的半径ob 沿oy轴反方向的半径oa和1 4圆弧ab所组成 导线框由图示位置开始计时 以恒定的角速度在xoy平面内绕o点逆时针转动 在其转动一周的过程中 导线中的感应电流 以逆时针方向电流为正向 随时间变化的规律应是图乙中的哪一个 b 9 磁棒自远处匀速沿圆形线圈的轴线运动 并穿过线圈向远处而去 如图所示 则下列图中正确反映线圈中电流与时间关系的是 线圈中电流以图示箭头为正方向 b 来拒去留 注意题中规定的力的正方向 10 图1中a是一边长为的方形线框 电阻为r 今维持线框以恒定的速度沿x轴运动 并穿过图中所示的匀强磁场b区域 若以x轴正方向作为力的正方向 线框在图示位置的时刻作为时间的零点 则磁场对线框的作用力f随时间t的变化图线为图2中的图 l b 11 如图所示 半径为r的闭合金属环处于垂直于环的匀强磁场中 现用平行环现的拉力f 欲将金属环从磁场的边界匀速拉出 则拉力f随金属环的位置的变化如下图中的 d 12 如图1所示 竖直放置的螺线管与导线abcd构成回路 导线所围区域内有一垂直纸面向里的变化的匀强磁场 螺线管下方水平桌面上有一导体圆环 导线abcd所围区域内磁场的磁感应强度按图2所示的方式随时间变化时 导体圆环将受到向上的磁场作用力 图2 图1 根据楞次定律 两个共轴金属圆环 包括螺线管 当通电圆环中电流增大 减小 时 另一不通电金属圆环中产生的感应电流方向与通电圆环中的电流方向相反 相同 两金属圆环相互排斥 吸引 a 2 图象的描绘 题目中给出物理过程 物理现象或规律 要求考生作出符合实际或题意的图象 解决这类问题的方法是 首先应仔细分析物理现象 弄清物理过程 求解有关物理量或分析其与相关物理量间的变化关系 尽可能求出相关物理量之间的关系式 解析式 然后作出图象 在描绘图象时 要注意物理量的单位 坐标轴标度 函数图象的特征及变化趋势等 1 匀强磁场的磁感应强度为b 0 2t 磁场宽度l 3m 一正方形金属框连长ab d 1m 每边电阻r 0 2 金属框以v 10m s的速度匀速穿过磁场区 其平面始终一磁感线方向垂直 如图所示 1 画出金属框穿过磁场区的过程中 金属框内感应电流的 i t 图线 以顺时针方向电流为正 2 画出ab两端电压的u t图线 2 图甲中abcd是一边长为 具有质量的刚性导线框 位于水平面内 bc边中串接有电阻r 导线的电阻不计 虚线表示一匀强磁场区域的边界 它与线框的ab边平行 磁场区域的宽度为2 磁感应强度为b 方向竖直向下 线框在一垂直于ab边的水平恒定拉力作用下 沿光滑水平面运动 直到通过磁场区域 已知ab边刚进入磁场时 线框便变为匀速运动 此时通过电阻r的电流大小为i0 试在图乙的i x坐标上定性画出 从导线框刚进入磁场到完全离开磁场的过程中 流过电阻r的电流i的大小随ab边的位置坐标x变化的曲线 l l 图甲 图乙 解 进入磁场时 作匀速运动 f安 f i i0 全部进入时 磁通量不变 无感应电流 线框做匀加速运动 ab边刚出磁场时的速度大于进磁场时的速度 i i0 拉力f f安 线框作减速运动 线框全部出磁场时 x 3l f f安 i i0 可能在未出磁场时已经减为i0 又作匀速运动 也可能在ab边刚出磁场时减为i0 还可能在ab边刚出磁场时仍然大于i0 通过r的电流i的大小随ab边位置坐标x变化的曲线 如图所示 3 在图1所示区域 图中直角坐标系oxy的1 3象限 内有匀强磁场 磁感强度方向垂直于图面向里 大小为b 半径为l 圆心角为60 的扇形导线框opq以角速度 绕o点在图面内沿逆时针方向匀速转动 导线框回路电阻为r 1 求线框中感应电流的最大值i0和交变感应电流的频率f 2 在图2上画出线框转一周的时间内感应电流i随时间t变化的图像 规定与图1中线框的位置相应的时刻为t 0 图2 图1 前半圈和后半圈i t 相同 故感应电流频率等于旋转频率的2倍 3 图象的关联 所谓图像的关联指的是两个图象之间有一定的内在联系 也可以是互为因果关系 可以通过相关规律由一个图象推知另一个图象 处理这类问题 首先要读懂已知图象表示的物理规律或物理过程 特别要注意两个对应时间段各物理量的分析 如斜率 然后再根据所求图象与已知图象的联系 进行判断 对于b t图像和i t图像的相互转化 b t图像的斜率为电流i 图像是直线表示b均匀变化 对应感应电流为定值 斜率的绝对值表示电流的大小 斜率的正负表示电流的方向 1 一矩形线圈位于一随时间t变化的匀强磁场内 磁场方向垂直线圈所在的平面 纸面 向里 如图1所示 磁感应强度b随t的变化规律如图2所示 以l表示线圈中的感应电流 以图1中线圈上箭头所示的电流方向为正 则图3中正确的是 a 先找解析式 在b t图像中 直线表示b均匀变化 对应感应电流为定值 斜率的绝对值表示电流的大小 斜率的正负表示电流的方向 2 磁感应强度b的正方向 线圈中的箭头为电流i的正方向如图所示 已知线圈中感生电流i随时间而变化的图象如图所示 则磁感应强度b随时间而变化的图象可能是 cd 先找解析式 在b t图像中 直线表示b均匀变化 对应感应电流为定值 斜率的绝对值表示电流的大小 斜率的正负表示电流的方向 4 用图象计算或求解问题 物理解题的基本依据是物理概念与物理规律 而物理概念所具备的物理含意及物理规律所反映的物理关系常可以用图象的形式给出形象表达 这就使得物理图象具备了一定的解题功能 既可以根据所给图像中包含的物理量求解问题 也可以根据题意把抽象的物理过程用图线表示出来 运用图象直观 简明的特点 分析解决物理问题 1 如图所示 a b为两个相同的环形线圈 共轴并靠近放置 a线圈中通有如图 a 所示的交流电i 则 a 在t1到t2时间内a b两线圈相吸b 在t2到t3时间内a b两线圈相斥c t1时刻两线圈间作用力为零d t2时刻两线圈间吸力最大 abc 图a 根据楞次定律 两个共轴金属圆环 包括螺线管 当通电圆环中电流增大 减小 时 另一不通电金属圆环中产生的感应电流方向与通电圆环中的电流方向相反 相同 两金属圆环相互排斥 吸引 注意 在t2时刻 a中电流为零 但是b中有感应电流 两者之间没有相互作用 2 一匀强磁场 磁场方向垂直纸面 规定向里的方向为正 在磁场中有一细金属圆环 线圈平面位于纸面内 如图1所示 现令磁感强度b随时间t变化 先按图2中所示的oa图线变化