電磁感應(yīng)中的圖像問(wèn)題課件

1、電磁感應(yīng)中的圖像問(wèn)題 圖像法是分析和處理物理問(wèn)題的重要方法，電磁感應(yīng)中的圖像問(wèn)題分成兩類：一是由給定的電磁感應(yīng)過(guò)程選出或畫出正確的圖像；二是由給定的有關(guān)圖像分析電磁感應(yīng)過(guò)程，求解相應(yīng)的物理量高考中涉及磁感應(yīng)強(qiáng)度B、磁通量、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E、電壓U、感應(yīng)電流I隨時(shí)間變化的圖像，即 B-t、-t 、E-t、U-t、I-t圖 ，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，還涉及到感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E和感應(yīng)電流I隨位移變化的圖像,即E-x圖和Ix圖電磁感應(yīng)中的圖像問(wèn)題的分析，要抓住磁通量的變化是否均勻，從而推知感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（電流）是否大小恒定，用楞次定律或右手定則判斷出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（感應(yīng)電流）的方向，從而確定其正負(fù)

2、，以及在坐標(biāo)中范圍分析回路中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或感應(yīng)電流的大小，要利用法拉第電磁感應(yīng)定律來(lái)分析，有些圖像還需要畫出等效電路圖來(lái)輔助分析 不管是哪種類型的圖像，都要注意圖像與解析式（物理規(guī)律）和物理過(guò)程的對(duì)應(yīng)關(guān)系，都要用圖線的斜率、截距的物理意義去分析問(wèn)題1.圖象的選擇題目中有對(duì)物理過(guò)程或物理規(guī)律的敘述，給出備選圖象，讓考生選出符合題意的圖像。解決這類問(wèn)題可以有兩種方法：一種是“排除法”，即排除與題目要求相違背的圖象，選出正確圖象；另一種是“對(duì)照法”，即按照題目要求應(yīng)用相關(guān)規(guī)律畫出正確的草圖，再與選項(xiàng)對(duì)照解決。1. 如圖1所示，一寬40cm的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，磁場(chǎng)方向垂直紙面向。一邊長(zhǎng)為20cm的正方形導(dǎo)

3、線框位于紙面內(nèi)，以垂直于磁場(chǎng)邊界的恒定速度v=20cm/s通過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，線框有一邊始終與磁場(chǎng)區(qū)域的邊界平行。取它剛進(jìn)入磁場(chǎng)的時(shí)刻t=0，在圖2所示的圖線中，正確反映感應(yīng)電流隨時(shí)間變化規(guī)律的是圖140cm 12345123451234512345ABCD圖2C2. 如圖1示，邊長(zhǎng)a=0.1m，電阻R=0.2的正方形線框，以速度v=0.2m/s勻速穿過(guò)寬度均為a的兩個(gè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)，這兩個(gè)磁場(chǎng)的方向相反，都和紙面垂直，磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小均為0.5T，線框運(yùn)動(dòng)方向與線框的一邊平行且與磁場(chǎng)邊緣垂直，取逆時(shí)針?lè)较虻碾娏鳛檎较?，在穿過(guò)磁場(chǎng)的過(guò)程中，線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電流隨時(shí)間變化的圖象是圖2中的圖

4、1 BBC圖2 Bt I/A 00.50.051.5-0.051AtI/A 00.50.11.5-0.051DtI/A 00.50.051.5-0.051Ct I/A 00.50.051.5-0.113圖中兩條平行虛線之間存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)，虛線間的距離為L(zhǎng)，磁場(chǎng)方向垂直紙面向里。abcd是位于紙面內(nèi)的梯形線圈，ad與bc間的距離也為L(zhǎng)。t=0時(shí)刻，bc邊與磁場(chǎng)區(qū)域邊界重合（如圖）。現(xiàn)令線圈以恒定的速度v沿垂直于磁場(chǎng)區(qū)域邊界的方向穿過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域。取沿abcda的感應(yīng)電流為正，則在線圈穿越磁場(chǎng)區(qū)域的過(guò)程中，感應(yīng)電流i隨時(shí)間t變化的圖線可能是 圖1LabcdvDCAB圖2B4. 如圖所示的異形導(dǎo)線框，勻速

5、穿過(guò)一勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)，導(dǎo)線框中的感應(yīng)電流i隨時(shí)間t變化的圖象是（設(shè)導(dǎo)線框中電流沿abcdef為正方向）DbcadefDCAB首先將運(yùn)動(dòng)過(guò)程分段處理在每一段運(yùn)動(dòng)過(guò)程中確定哪一段導(dǎo)線切割磁感線，它就相當(dāng)于電源，然后確定切割磁感線的有效長(zhǎng)度，再根據(jù)E=BLv和右手定則判定感應(yīng)電流的大小和方向5. 如圖所示，一閉合直角三角形線框以速度v勻速穿過(guò)勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域從BC邊進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)開(kāi)始計(jì)時(shí)，到A點(diǎn)離開(kāi)磁場(chǎng)區(qū)止的過(guò)程中，線框內(nèi)感應(yīng)電流的情況(以逆時(shí)針?lè)较驗(yàn)殡娏鞯恼较?是如下圖所示中的AABCABCD首先將運(yùn)動(dòng)過(guò)程分段處理在每一段運(yùn)動(dòng)過(guò)程中確定哪一段導(dǎo)線切割磁感線，它就相當(dāng)于電源，然后確定切割磁感線的有效長(zhǎng)度，再根

6、據(jù)E=BLv和右手定則判定感應(yīng)電流的大小和方向6. 如圖所示，LOOL為一折線，它所形成的兩個(gè)角LOO和OOL均為450。折線的右邊有一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，其方向垂直O(jiān)O的方向以速度v做勻速直線運(yùn)動(dòng)，在t=0時(shí)刻恰好位于圖中所示的位置。以逆時(shí)針?lè)较驗(yàn)閷?dǎo)線框中電流的正方向，在下面四幅圖中能夠正確表示電流時(shí)間（It）關(guān)系的是（時(shí)間以l/v為單位） LOOLlllv450DCAB123123123123D7如圖1所示，在x0的區(qū)域內(nèi)存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的方向垂直于xy平面（紙面）向里。具有一定電阻的矩形線框abcd位于xy平面內(nèi)，線框的ab邊與y軸重合。令線框從t=0的時(shí)刻起由靜止開(kāi)始沿x軸正方向做勻加速運(yùn)動(dòng)，

7、則線框中的感應(yīng)電流I（取逆時(shí)針?lè)较虻碾娏鳛檎╇S時(shí)間t的變化圖線It圖可能是下圖中的哪一個(gè)？圖1yxabcd圖2CDBAD8. 如圖甲所示，在x軸上方有垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，在x軸下方有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)在xOy平面上有一個(gè)導(dǎo)線框，它由沿Ox軸方向的半徑Ob、沿Oy 軸反方向的半徑Oa和1/4 圓弧ab所組成。導(dǎo)線框由圖示位置開(kāi)始計(jì)時(shí)，以恒定的角速度在xOy平面內(nèi)繞O點(diǎn)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，在其轉(zhuǎn)動(dòng)一周的過(guò)程中，導(dǎo)線中的感應(yīng)電流(以逆時(shí)針?lè)较螂娏鳛檎?隨時(shí)間變化的規(guī)律應(yīng)是圖乙中的哪一個(gè)？Byoab圖甲x圖乙DtIIotItI tCBAooo9. 磁棒自遠(yuǎn)處勻速沿圓形線圈的軸線運(yùn)動(dòng)，并穿過(guò)線圈向遠(yuǎn)

8、處而去，如圖所示，則下列圖中正確反映線圈中電流與時(shí)間關(guān)系的是（線圈中電流以圖示箭頭為正方向）NStitititiABCDooooB來(lái)拒去留注意題中規(guī)定的力的正方向10. 圖1中A是一邊長(zhǎng)為 的方形線框,電阻為R。今維持線框以恒定的速度沿x軸運(yùn)動(dòng)，并穿過(guò)圖中所示的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B區(qū)域。若以x軸正方向作為力的正方向，線框在圖示位置的時(shí)刻作為時(shí)間的零點(diǎn),則磁場(chǎng)對(duì)線框的作用力F隨時(shí)間t的變化圖線為圖2中的圖lAl圖1xl3lBF圖212345123451234512345ABCDFFFB11. 如圖所示，半徑為R的閉合金屬環(huán)處于垂直于環(huán)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，現(xiàn)用平行環(huán)現(xiàn)的拉力F ，欲將金屬環(huán)從磁場(chǎng)的邊界勻速拉出，則

9、拉力F隨金屬環(huán)的位置的變化如下圖中的RDDR2ROFAxR2ROFBxR2ROFxR2ROFCxdabcBDOtAOtBOtCOtBBBB12. 如圖1所示，豎直放置的螺線管與導(dǎo)線abcd構(gòu)成回路，導(dǎo)線所圍區(qū)域內(nèi)有一垂直紙面向里的變化的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，螺線管下方水平桌面上有一導(dǎo)體圓環(huán)，導(dǎo)線abcd所圍區(qū)域內(nèi)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度按圖2所示的方式隨時(shí)間變化時(shí)，導(dǎo)體圓環(huán)將受到向上的磁場(chǎng)作用力？圖2圖1根據(jù)楞次定律，兩個(gè)共軸金屬圓環(huán)（包括螺線管），當(dāng)通電圓環(huán)中電流增大（減小）時(shí)，另一不通電金屬圓環(huán)中產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向與通電圓環(huán)中的電流方向相反（相同），兩金屬圓環(huán)相互排斥（吸引）A2.圖象的描繪 題目中給出物理過(guò)

10、程、物理現(xiàn)象或規(guī)律，要求考生作出符合實(shí)際或題意的圖象。解決這類問(wèn)題的方法是，首先應(yīng)仔細(xì)分析物理現(xiàn)象，弄清物理過(guò)程，求解有關(guān)物理量或分析其與相關(guān)物理量間的變化關(guān)系，盡可能求出相關(guān)物理量之間的關(guān)系式（解析式），然后作出圖象。在描繪圖象時(shí)，要注意物理量的單位、坐標(biāo)軸標(biāo)度、函數(shù)圖象的特征及變化趨勢(shì)等。 1. 勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B=0.2T，磁場(chǎng)寬度L=3m，一正方形金屬框連長(zhǎng)ab=d=1m，每邊電阻r=0.2，金屬框以v=10m/s的速度勻速穿過(guò)磁場(chǎng)區(qū)，其平面始終一磁感線方向垂直，如圖所示。(1)畫出金屬框穿過(guò)磁場(chǎng)區(qū)的過(guò)程中，金屬框內(nèi)感應(yīng)電流的(i-t)圖線。(以順時(shí)針?lè)较螂娏鳛檎? (2)畫出a

11、b兩端電壓的U-t圖線adbcLBvt/si/Ao2.5-2.50.10.20.30.4t/sUab/Vo0.10.20.30.42-21-12. 圖甲中abcd是一邊長(zhǎng)為 、具有質(zhì)量的剛性導(dǎo)線框，位于水平面內(nèi)，bc邊中串接有電阻R，導(dǎo)線的電阻不計(jì)，虛線表示一勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域的邊界，它與線框的ab邊平行，磁場(chǎng)區(qū)域的寬度為2 ，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向豎直向下線框在一垂直于ab邊的水平恒定拉力作用下，沿光滑 水平面運(yùn)動(dòng)，直到通過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域已 知 ab 邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí),線框便變?yōu)閯蛩龠\(yùn)動(dòng),此時(shí)通過(guò)電阻R的電流大小為i0，試在圖乙的i-x坐標(biāo)上定性畫出：從導(dǎo)線框剛進(jìn)入磁場(chǎng)到完全離開(kāi)磁場(chǎng)的過(guò)程中，流過(guò)電阻R的電

12、流i的大小隨ab邊的位置坐標(biāo)x變化的曲線4lxi0i03l2ll2lFdabclOxRll圖甲圖乙解：進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，作勻速運(yùn)動(dòng)，F(xiàn)安 =F，i=i0；全部進(jìn)入時(shí)，磁通量不變，無(wú)感應(yīng)電流，線框做勻加速運(yùn)動(dòng)；ab邊剛出磁場(chǎng)時(shí)的速度大于進(jìn)磁場(chǎng)時(shí)的速度，ii0；拉力FF安，線框作減速運(yùn)動(dòng)；線框全部出磁場(chǎng)時(shí)， x=3l， FF安， i i0；（可能在未出磁場(chǎng)時(shí)已經(jīng)減為i0 ，又作勻速運(yùn)動(dòng)； 也可能在ab邊剛出磁場(chǎng)時(shí)減為i0 ； 還可能在ab邊剛出磁場(chǎng)時(shí)仍然大于i0 。 ）通過(guò)R的電流i 的大小隨ab邊位置坐標(biāo)x變化的曲線，如圖所示4lxi0i03l2ll3. 在圖1所示區(qū)域（圖中直角坐標(biāo)系Oxy的1、3象

13、限）內(nèi)有勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感強(qiáng)度方向垂直于圖面向里，大小為B.半徑為L(zhǎng)、圓心角為60的扇形導(dǎo)線框OPQ以角速度繞O點(diǎn)在圖面內(nèi)沿逆時(shí)針?lè)较騽蛩俎D(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)線框回路電阻為R.（1）求線框中感應(yīng)電流的最大值I0和交變感應(yīng)電流的頻率f。（2）在圖2上畫出線框轉(zhuǎn)一周的時(shí)間內(nèi)感應(yīng)電流I隨時(shí)間t變化的圖像（規(guī)定與圖1中線框的位置相應(yīng)的時(shí)刻為t0）PyQL600 xB圖2圖1前半圈和后半圈I（t）相同，故感應(yīng)電流頻率等于旋轉(zhuǎn)頻率的2倍 3.圖象的關(guān)聯(lián) 所謂圖像的關(guān)聯(lián)指的是兩個(gè)圖象之間有一定的內(nèi)在聯(lián)系，也可以是互為因果關(guān)系，可以通過(guò)相關(guān)規(guī)律由一個(gè)圖象推知另一個(gè)圖象。處理這類問(wèn)題，首先要讀懂已知圖象表示的物理規(guī)律或物理過(guò)程

14、，特別要注意兩個(gè)對(duì)應(yīng)時(shí)間段各物理量的分析（如斜率），然后再根據(jù)所求圖象與已知圖象的聯(lián)系，進(jìn)行判斷。對(duì)于Bt圖像和It圖像的相互轉(zhuǎn)化，Bt圖像的斜率為電流I，圖像是直線表示B均勻變化，對(duì)應(yīng)感應(yīng)電流為定值斜率的絕對(duì)值表示電流的大小，斜率的正負(fù)表示電流的方向1一矩形線圈位于一隨時(shí)間t變化的勻強(qiáng)磁場(chǎng)內(nèi)，磁場(chǎng)方向垂直線圈所在的平面（紙面）向里，如圖1所示。磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨 t的變化規(guī)律如圖2所示。以l表示線圈中的感應(yīng)電流，以圖1中線圈上箭頭所示的電流方向?yàn)檎?，則圖3中正確的是： 圖312345123451234512345ABCD6666A圖2B圖112345B/T6先找解析式在Bt圖像中，直線表示B均勻

15、變化，對(duì)應(yīng)感應(yīng)電流為定值斜率的絕對(duì)值表示電流的大小，斜率的正負(fù)表示電流的方向2. 磁感應(yīng)強(qiáng)度B的正方向，線圈中的箭頭為電流i的正方向如圖所示，已知線圈中感生電流i隨時(shí)間而變化的圖象如圖所示，則磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間而變化的圖象可能是C DBiitoBtoBtoBtoBtoABCD先找解析式在Bt圖像中，直線表示B均勻變化，對(duì)應(yīng)感應(yīng)電流為定值斜率的絕對(duì)值表示電流的大小，斜率的正負(fù)表示電流的方向4.用圖象計(jì)算或求解問(wèn)題物理解題的基本依據(jù)是物理概念與物理規(guī)律，而物理概念所具備的物理含意及物理規(guī)律所反映的物理關(guān)系?？梢杂脠D象的形式給出形象表達(dá)，這就使得物理圖象具備了一定的解題功能。既可以根據(jù)所給圖像中包含

16、的物理量求解問(wèn)題，也可以根據(jù)題意把抽象的物理過(guò)程用圖線表示出來(lái)，運(yùn)用圖象直觀、簡(jiǎn)明的特點(diǎn)，分析解決物理問(wèn)題。 1. 如圖所示，A、B為兩個(gè)相同的環(huán)形線圈，共軸并靠近放置A線圈中通有如圖(a)所示的交流電i，則A在t1到t2時(shí)間內(nèi)A、B兩線圈相吸 B在t2到t3時(shí)間內(nèi)A、B兩線圈相斥Ct1時(shí)刻兩線圈間作用力為零 Dt2時(shí)刻兩線圈間吸力最大A B Citt1t2t3t4圖bABi圖a根據(jù)楞次定律，兩個(gè)共軸金屬圓環(huán)（包括螺線管），當(dāng)通電圓環(huán)中電流增大（減?。r(shí)，另一不通電金屬圓環(huán)中產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向與通電圓環(huán)中的電流方向相反（相同），兩金屬圓環(huán)相互排斥（吸引）注意，在t2時(shí)刻，A中電流為零，但是B中有感應(yīng)電流，兩者之間沒(méi)有相互作用2. 一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向垂直紙面，規(guī)定向里的方向?yàn)檎诖艌?chǎng)中有一細(xì)金屬圓環(huán)，線圈平面位于紙面內(nèi)，如圖1所示現(xiàn)令磁感強(qiáng)度B隨