电磁感应现象中的图像问题 习题.doc

电磁感应现象中的图像问题物理图像是一种形象直观的“语言”，它能很好地考查考生的推理能力和分析、解决问题的能力，下面我们一起来看一看图像在电磁感应中常见的几种应用。一、反映感应电流强度随时间的变化规律例1：如图11，一宽40cm的匀强磁场区域，磁场方向垂直纸面向里。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1-2所示的下列图线中，正确反映感应电流强度随时间变化规律的是（ ）v 40cm 图11O125t/si34O125t/si34O125t/si34O125t/si34(A)(B)(C)(D)图12评注：（1）线框运动过程分析和电磁感应的过程是密切关联的，应借助于运动过程的分析来深化对电磁感应过程的分析；（2）运用E=Blv求得的是闭合回路一部分产生的感应电动势，而整个电路的总感应电动势则是回路各部分所产生的感应电动势的代数和。NS图21例2：在磁棒自远处匀速沿一圆形线圈的轴线运动，并穿过线圈向远处而去，如图21所示，则下列图22中较正确反映线圈中电流i与时间t关系的是（线圈中电流以图示箭头为正方向）（ ）tiOtiOtiOtiO图22ABCD评注：用图像来表示物理过程，是一种简洁明快的方法，如果能抓住物理过程的特征，则可迅速解决问题。如本题中感应电流的方向（正负？是否改变？）就是一个典型的特征。二、判断感应电流的方向:例3：一匀强磁场，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31所示，现令磁感应强度B随时间t变化，先按图32中所示的Oa图线变化，后来又按图线bc和cd变化，令1，2，3分别表示这三段变化过程中感应电动势的大小，I1、I2、I3分别表示对应的感应电流，则（ ）O125tB34678910顺时针图31图32A.12，I1沿逆时针方向，I2沿顺时针方向B.12，I1沿逆时针方向，I2沿顺时针方向C.12，I1沿顺时针方向，I2沿逆时针方向D.12，I1沿顺时针方向，I2沿顺时针方向评注：对电磁感应物理过程的分析是研究和求解电磁感应问题的关键。值得注意的是：本题中从bc段到cd段，虽然磁感强度的方向发生了变化，而感应电流的方向并没有发生变化，如果我们不切实际的想当然，往往会误入歧途。三、判断其它物理量的大小和方向例4：如图4(a)，圆形线圈P静止在水平桌面上，其正上方悬挂一相同的线圈Q，P和Q共轴。Q中通有变化的电流，电流随时间变化的规律如图4(b)所示。P受重力为G，桌面对P的支持力为N，则（ ）itt1t2t3t4OQP（a）（b）图4A.t1时刻NG B.t2时刻NG C.t3时刻NG D.t4时刻N=G评注：图像是数理综合的一个重要窗口，在运用图像解决物理问题时，首要问题是能解读图像中的关键信息（尤其是过程信息）；其次要能有效地实现物理信息和数学信息的相互转换。如本题中电流为零的t3时刻的分析，对我们提出了较高的要求。例5：如图51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下列52哪一图些所表示的方式随时间变化时，导体圆环将受到向上的磁场力作用？（ ）abcBd图51 图52ABCtBOtBOtBOtBOD评注: 应充分注意“二次感应”现象产生的条件：第一次电磁感应产生的感应电流必须随时间是变化的。值得注意的是，通过图像中曲线的斜率我们可以判断物理量的变化率情况。解决图象问题的一般步骤：(1)明确图象的种类，即是Bt图象还是t图象，或者Et图象、it图象等(2)分析电磁感应的具体过程(3)用右手定则或楞次定律确定方向对应关系(4)结合法拉第电磁感应定律、欧姆定律、牛顿运动定律等规律写出函数关系式(5)根据函数关系式，进行数学分析，如分析斜率的变化、截距等(6)画图象或判断图象课堂巩固1. 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两端接一阻值为R的定值电阻，阻值为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为B的匀强磁场中，磁场方向垂直导轨平面向上t0时对金属棒施加一平行于导轨的外力F，金属棒由静止开始沿导轨向上运动，通过R的感应电流I随时间t变化的关系如图乙所示下列关于穿过回路abPMa的磁通量和磁通量的瞬时变化率以及a、b两端的电势差Uab和通过金属棒的电荷量q随时间t变化的图象中，正确的是（ ）甲乙2. 如图甲所示，固定在水平桌面上的光滑金属框架cdeg处于方向竖直向下的匀强磁场中，金属杆ab与金属框架接触良好在两根导轨的端点d、e之间连接一电阻，其他部分电阻忽略不计现用一水平向右的外力F作用在金属杆ab上，使金属杆由静止开始向右在框架上滑动，运动中杆ab始终垂直于框架图乙为一段时间内金属杆受到的安培力F安随时间t的变化关系，则图中可以表示外力F随时间t变化关系的图象是（ ）3. 如图所示，平行于y轴的导体棒以速度v向右匀速直线运动，经过半径为R、磁感应强度为B的圆形匀强磁场区域，导体棒中的感应电动势E与导体棒位置x关系的图像是（ ） 4. 如练图所示，边长相等的正方形导体框与正方形匀强磁场区，其对角线在同一水平线上，导体框沿水平方向由a到b匀速通过垂直于纸面向外的磁场区，导体框中的电流随时间变化关系正确的是（顺时针方向电流为正）（ ）5. 如下图，水平桌面上一个面积为S的圆形金属框置于匀强磁场中，线框平面与磁场垂直，磁感应强度B1随时间t的变化关系如图（1）所示.0至1s内磁场方向垂直线框平面向下. 圆形金属框与一个水平的平行金属导轨相连接，导轨上放置一根导体棒，导体棒的长为L，电阻为R，且与导轨接触良好，导体棒处于另一匀强磁场中，其磁感应强度恒为B2，方向垂直导轨平面向下，如图（2）所示若导体棒始终保持静止，则其所受的静摩擦力f随时间变化的图象是下图中的（设向右为静摩擦力的正方向）哪一个（ ）6. 如图所示，虚线右侧存在匀强磁场，磁场方向垂直纸面向外，正方形金属框电阻为R，边长是L，自框从左边界进入磁场时开始计时，在外动力作用下由静止开始，以垂直于磁场边界的恒定加速度a进入磁场区域，t1时刻框全部进入磁场。规定顺时针方向为感应电流的正方向。外动力大小为F，框中电功率的瞬时值为P，通过导体横截面的电荷量为q，其中Pt图象为抛物线。则这些量随时间变化的关系是（ ） 7. 如图所示