(通用版)2020版高考物理一輪復習 第十章 第65課時 電磁感應中的圖像問題(題型研究課)講義(含解析).doc
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第65課時電磁感應中的圖像問題(題型研究課)命題點一根據(jù)Bt圖像分析電磁感應過程 典例如圖甲所示,導體棒MN置于水平導軌上,PQ之間有阻值為R的電阻,PQNM所圍的面積為S,不計導軌和導體棒的電阻。導軌所在區(qū)域內(nèi)存在沿豎直方向的磁場,規(guī)定磁場方向豎直向上為正,在02t0時間內(nèi)磁感應強度的變化情況如圖乙所示,導體棒始終處于靜止狀態(tài)。下列說法正確的是()A在0t0和t02t0時間內(nèi),導體棒受到導軌的摩擦力方向相同B在t02t0時間內(nèi),通過電阻R的電流方向為P到QC在0t0時間內(nèi),通過電阻R的電流大小為D在02t0時間內(nèi),通過電阻R的電荷量為解析由題圖乙所示圖像可知,0t0時間內(nèi)磁感應強度豎直向上減小,穿過回路的磁通量減少,由楞次定律可知,為阻礙磁通量的減少,導體棒具有向右的運動趨勢,導體棒受到向左的摩擦力,在t02t0時間內(nèi),穿過回路的磁通量豎直向上增加,為阻礙磁通量的增加,導體棒有向左的運動趨勢,導體棒受到向右的摩擦力,在0t0和t02t0時間內(nèi)摩擦力方向相反,故A錯誤;由題圖乙所示圖像可知,在t02t0時間內(nèi)磁感應強度豎直向上增大,穿過閉合回路的磁通量增大,由楞次定律可知,感應電流沿順時針方向(俯視),通過電阻R的電流方向為Q到P,故B錯誤;由題圖乙所示圖像,應用法拉第電磁感應定律可得,在0t0時間內(nèi)感應電動勢為E1,感應電流大小為I1,故C錯誤;由題圖乙所示圖像,應用法拉第電磁感應定律可得,在02t0內(nèi)通過電阻R的電荷量為q,故D正確。答案D(1)法拉第電磁感應定律En??純煞N情況,即EnS和EnB,其中是Bt圖像的斜率。(2)計算電動勢時要注意有效面積,求解電壓時要分清內(nèi)外電路。 集訓沖關(guān)1(多選)一個面積S4102 m2、匝數(shù)n100的線圈放在勻強磁場中,磁場方向垂直于線圈平面,磁感應強度B隨時間t變化的規(guī)律如圖所示,則下列判斷正確的是()A02 s內(nèi)穿過線圈的磁通量變化率等于0.08 Wb/sB02 s內(nèi)穿過線圈的磁通量的變化量等于零C02 s內(nèi)線圈中產(chǎn)生的感應電動勢等于8 VD在第3 s末線圈中的感應電動勢等于零解析:選AC線圈磁通量的變化率S,其中磁感應強度的變化率即為Bt圖像的斜率,由題圖知02 s內(nèi)2 T/s,所以24102 Wb/s0.08 Wb/s,選項A正確;在02 s內(nèi)線圈磁感應強度B由2 T減到0,又從0向相反方向增加到2 T,所以這2 s內(nèi)的磁通量的變化量(B2B0)S(22)4102 Wb0.16 Wb,選項B錯誤;02 s內(nèi)線圈中產(chǎn)生的感應電動勢En1000.08 V8 V,選項C正確;第3 s末線圈中的感應電動勢等于24 s內(nèi)的平均感應電動勢,EnnS10024102 V8 V,選項D錯誤。2(多選)如圖甲所示,面積為S的n匝圓形閉合線圈內(nèi),存在方向垂直紙面向外的勻強磁場,磁感應強度大小隨時間周期性變化,如圖乙所示,已知線圈的電阻為R,則下列說法正確的是()A線圈內(nèi)產(chǎn)生的感應電動勢最大值為B線圈內(nèi)產(chǎn)生的感應電流最小值為C線圈內(nèi)產(chǎn)生的感應電動勢周期為4t0D0t0時間內(nèi)線圈內(nèi)產(chǎn)生的感應電流沿順時針方向解析:選CD根據(jù)法拉第電磁感應定律可知EnS,結(jié)合題圖乙分析可知,在0t0時間內(nèi)線圈內(nèi)產(chǎn)生的感應電動勢最大,最大值為EmaxnS,A錯誤;t02t0時間內(nèi)線圈內(nèi)產(chǎn)生的感應電動勢最小為零,故感應電流的最小值為零,B錯誤;由題圖圖線可知,線圈內(nèi)產(chǎn)生的感應電動勢周期為4t0,C正確;0t0時間內(nèi)磁感應強度逐漸增大,線圈中的磁通量增大,根據(jù)楞次定律可知,0t0時間內(nèi)線圈內(nèi)產(chǎn)生的感應電流沿順時針方向,D正確。3如圖甲所示,在傾角37 的光滑平行導軌上,有一長度恰等于導軌寬度的均勻?qū)w棒EF,平行于斜面底邊CD由靜止釋放。導軌寬度L10 cm,在導體棒EF以下距離導體棒EF為x1的區(qū)域內(nèi)有垂直于導軌所在平面的勻強磁場,該區(qū)域面積S0.3 m2,以釋放導體棒EF時為計時起點,勻強磁場的磁感應強度隨時間變化的規(guī)律如圖乙所示,導體棒EF在t1 s時進入磁場區(qū)域,并恰好做勻速直線運動,已知導體棒EF的電阻r等于定值電阻R6 ,導軌足夠長且不計電阻,重力加速度g10 m/s2,sin 370.6,則()A導體棒EF在磁場外運動時沒有感應電流產(chǎn)生B位移x1為3 mC導體棒EF進入磁場后感應電動勢為0.6 VD在02 s內(nèi)電路中產(chǎn)生的內(nèi)能為0.15 J解析:選B導體棒EF沒有進入磁場區(qū)域時穿過回路的磁感應強度不斷增大,閉合回路的磁通量發(fā)生變化,回路產(chǎn)生感應電流,故A錯誤;導體棒EF沒有進入磁場前,由牛頓第二定律得:mgsin ma,解得:a6 m/s2,導體棒EF進入磁場前做初速度為零的勻加速直線運動,則x1at2612 m3 m,故B正確;導體棒EF進入磁場時的速度:vat61 m/s6 m/s,由題圖乙所示圖像可知,導體棒EF進入磁場后磁場的磁感應強度B2 T,感應電動勢:E2BLv20.16 V1.2 V,故C錯誤;在第1 s內(nèi),產(chǎn)生的熱量為Q1tt1 J0.03 J,1 s后磁感應強度大小不變,導體棒EF在磁場中做勻速運動,由于該區(qū)域的面積為S0.3 m2,所以有磁場的斜面長度為3 m,導體棒EF在磁場中運動了t s0.5 s,產(chǎn)生的熱量為Q20.50.5 J0.06 J,在1.52 s內(nèi)導體棒EF已經(jīng)離開了磁場,所以電路中不產(chǎn)生內(nèi)能,故在02 s內(nèi)電路中產(chǎn)生的內(nèi)能為QQ1Q20.09 J,故D錯誤。命題點二根據(jù)電磁感應過程判斷力、電圖像考法1Et圖像的判斷例1(2019遼寧實驗中學模擬)如圖所示,在PQ、QR區(qū)域中存在著磁感應強度大小相等、方向相反的勻強磁場,磁場方向均垂直于紙面。一導線框abcdef位于紙面內(nèi),線框的鄰邊都相互垂直,bc邊與磁場的邊界P重合。線框與磁場區(qū)域的尺寸已標注。從t0時刻開始,線框勻速橫穿兩個磁場區(qū)域。以abcdefa為線框中的電動勢E的正方向,則選項圖所示的四個Et關(guān)系示意圖中正確的是()解析如圖是線框切割磁感線的不同階段示意圖。在甲乙階段,只有bc切割向外的磁感線,由右手定則知感應電動勢為負,大小為Blv;在乙丙階段,bc切割向里的磁感線,電動勢為正,同時de切割向外的磁感線,電動勢為負,等效電動勢為零;在丙丁階段,de切割向里的磁感線,同時af切割向外的磁感線,兩電動勢同為正,等效電動勢為正,大小為3Blv;在丁戊階段,只有af切割向里的磁感線,電動勢為負,大小為2Blv,故C正確,A、B、D錯誤。答案C考法2it圖像和ix圖像的判斷例2(多選)如圖所示,一有界區(qū)域內(nèi),存在著磁感應強度大小均為B,方向分別垂直于光滑水平桌面向下和向上的勻強磁場,磁場寬度均為L。邊長為L的正方形線框abcd的bc邊緊靠磁場邊緣置于桌面上。使線框從靜止開始沿x軸正方向勻加速通過磁場區(qū)域,若以逆時針方向為電流的正方向,能反映線框中感應電流變化規(guī)律的是選項圖中的()解析由右手定則知線框剛進入左邊磁場時,電流沿逆時針方向,由法拉第電磁感應定律可知EBLv,由于線框做勻加速直線運動,vat,I1,在線框跨越兩磁場過程中,兩邊同時切割磁感線,電流沿順時針方向,大小I2,It圖像斜率為單邊切割磁感線斜率的2倍,在線框離開右邊磁場的過程中,It圖像斜率又恢復到原來的斜率,A正確,B錯誤;由于線框做勻加速直線運動,xat2,解得I1,I2,同理可知,C正確,D錯誤。答案AC考法3v t圖像的判斷例3如圖所示,兩根電阻不計的光滑金屬導軌豎直放置,導軌上端接電阻R,寬度相同的水平條形區(qū)域和內(nèi)有方向垂直導軌平面向里的勻強磁場B,和之間無磁場。一導體棒兩端套在導軌上,并與兩導軌始終保持良好接觸,導體棒從距區(qū)域上邊界H處由靜止釋放,在穿過區(qū)域、的過程中,流過電阻R上的電流及其變化情況相同。則選項圖中能定性描述導體棒速度大小與時間關(guān)系的是()解析在穿過區(qū)域、的過程中,流過電阻R上的電流及其變化情況相同,由電流I可得,導體棒在區(qū)域、的運動情況必須完全相同;若進入?yún)^(qū)域時導體棒做勻速或加速運動,再經(jīng)過無磁場的區(qū)域做加速度為g的勻加速運動,導體棒剛進入?yún)^(qū)域的速度v2將大于剛進入?yún)^(qū)域的速度v1,不符合題目條件;若進入?yún)^(qū)域時導體棒做減速運動,再經(jīng)過無磁場的區(qū)域做加速度為g的勻加速運動,導體棒剛進入?yún)^(qū)域的速度v2可能等于剛進入?yún)^(qū)域的速度v1,且在磁場中的加速度a隨速度減小而減小,選項C正確。答案C考法4Ft圖像的判斷例4(2019湖北八校模擬)如圖甲所示,正三角形導線框abc固定在磁場中,磁場方向與線圈平面垂直,磁感應強度B隨時間t變化的關(guān)系如圖乙所示。t0時刻磁場方向垂直紙面向里,在04 s時間內(nèi),線框ab邊所受安培力F隨時間t變化的關(guān)系圖像(規(guī)定水平向左為力的正方向)可能是選項圖中的()解析在02 s和34 s內(nèi)磁感應強度都在均勻變化,線框中磁通量均勻變化,根據(jù)法拉第電磁感應定律E可知線框中產(chǎn)生的感應電動勢恒定,感應電流I恒定,ab邊受到的安培力FBIL,由于B在均勻變化,則F是均勻變化的,C、D錯誤;在33.5 s內(nèi)磁場方向垂直紙面向外且逐漸減小,根據(jù)楞次定律可知,感應電流沿逆時針方向,由左手定則知ab邊受到的安培力方向向左,為正值,同理可知,在01 s 內(nèi),ab邊受到的安培力方向向左,為正值,在12 s內(nèi),ab邊受到的安培力方向向右,為負值,在3.54 s內(nèi),ab邊受到的安培力方向向右,為負值,B錯誤,A正確。答案A考法5多種圖像的綜合判斷例5(多選)(2019德州模擬)如圖所示為三個有界勻強磁場,磁感應強度大小均為B,方向分別垂直紙面向外、向里和向外,磁場寬度均為L。在磁場區(qū)域的左側(cè)邊界處有一邊長為L的正方形導體線框,總電阻為R,且線框平面與磁場方向垂直?,F(xiàn)用外力F使線框以速度v勻速穿過磁場區(qū)域,以初始位置為計時起點,規(guī)定電流沿逆時針方向時的電動勢E為正值,磁感線垂直紙面向里時的磁通量為正值,外力F向右為正值。則選項圖中能反映線框中的磁通量、感應電動勢E、外力F和電功率P隨時間t變化規(guī)律的圖像是()解析在0時間內(nèi),磁通量BLvt,為負值,逐漸增大;在時間內(nèi),磁通量為負值,逐漸減小,t時,磁通量為零,在時間內(nèi),磁通量為正值,逐漸增大,t時,磁通量BL2為最大正值,在時間內(nèi),磁通量為正值,逐漸減小,t時,磁通量為零,在時間內(nèi),磁通量為負值,逐漸增大,t時,磁通量為負的最大值,在時間內(nèi),磁通量為負值,逐漸減小,選項A正確;在0時間內(nèi),一個邊切割磁感線,感應電動勢EBLv,為負值,在時間內(nèi),兩個邊切割磁感線,感應電動勢E2BLv,為正值,在時間內(nèi),兩個邊切割磁感線,感應電動勢E2BLv,為負值,在時間內(nèi),一個邊切割磁感線,感應電動勢EBLv,為正值,選項B正確;在0時間內(nèi),安培力向左,外力向右,F(xiàn)0F安BI0L,電功率P0I02R,在時間內(nèi),外力向右,F(xiàn)12B2I0L4F0,電功率P1I12R4P0,在時間內(nèi),外力向右,F(xiàn)22B2I0L4F0,電功率P2I22R4P0,在時間內(nèi),外力向右,F(xiàn)3BI0LF0,電功率P3I02RP0,選項C錯誤,D正確。答案ABD電磁感應圖像的判斷方法(1)關(guān)注初始時刻,如初始時刻受力、速度、磁通量、感應電流等是否為零,方向如何。(2)關(guān)注變化過程,看電磁感應發(fā)生的過程分為幾個階段,這幾個階段是否和圖像變化相對應。(3)關(guān)注大小、方向的變化趨勢,看圖線斜率的大小、圖線的曲直是否和物理過程相對應。(4)推導出相應物理量的函數(shù)關(guān)系式,看圖像與關(guān)系式是否相對應。- 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