2019版高考物理一輪復習核心素養(yǎng)微專題十圖象法在電磁感應中的應用課件.pptx

1、核心素養(yǎng)微專題 十 圖象法在電磁感應中的應用,【素養(yǎng)養(yǎng)成】 1.圖象類型: 借助圖象考查電磁感應的規(guī)律是高考的熱點,此類題目一般分為兩類: (1)由給定的電磁感應過程選擇正確的圖象。,(2)由給定的圖象分析電磁感應過程,定性或定量求解相應的物理量或推斷出其他圖象。 常見的圖象有-t、E-t、i-t、U-t、q-t、F-t、P-t等圖象。,2.方法突破: 類型一根據電磁感應過程選圖象,類型二根據圖象分析電磁感應過程,3.應用技巧: (1)三個關注:關注初始時刻,如初始時刻感應電流是否為零,是正方向還是負方向;關注變化過程,看電磁感應發(fā)生過程分幾個階段,這幾個階段是否和圖象變化相對應;關注大小、方

2、向的變化趨勢,看圖象斜率大小、圖象的曲直和物理過程是否對應。,(2)三個明確:明確圖象所描述的物理意義;明確各種正、負號的含義;明確斜率、截距、折點的含義。,(3)三種特殊解法。 排除法:定性地分析電磁感應過程中物理量的變化趨 勢(增大還是減小)、變化快慢(均勻變化還是非均勻變 化),特別是分析物理量的正負,以排除錯誤的選項。比 如:對于線圈一進一出的問題,q=n =0,i-t圖象中t 軸上方的面積和t軸下方的面積相等。,函數法:根據題目所給條件結合法拉第電磁感應定律、牛頓第二定律、歐姆定律等定量地寫出兩個物理量之間的函數關系式,由函數關系式對圖象進行分析和判斷,比如分析斜率的變化、截距的含義

3、等。 特殊值法:根據特殊時刻、特殊位置值是否符合實際,判斷正誤。,【典例突破】 【典例1】(2018婁底模擬)如圖所示,在邊長為a的正方形區(qū)域內,有以對角線為邊界、垂直于紙面的兩個勻強磁場,磁感應強度大小相同、方向相反,紙面內一邊長為a的正方形導線框沿x軸勻速穿過磁場區(qū)域,t=0時刻恰好開始進入磁場區(qū)域,以順時針方向為導線框中電流的正方向,下列選項中能夠正確表示電流與位移關系的是(),【點睛】(1)線框勻速穿過磁場區(qū)域,根據q= 可 知通過線框的電荷量為0,ix圖象和it圖象形狀 相同,面積為0。 (2)順時針方向為導線框中電流的正方向,關注初始 時刻導線框中的感應電流方向。,(3)對于圖象問

4、題,往往采用定性與定量相結合的方法判斷,根據感應電流方向就可定性排除掉一些選項,再根據法拉第電磁感應定律和歐姆定律得到i與x的關系式定量分析。,【解析】選B。在0 xa,右邊框切割磁感線產生感 應電流,電流大小i= ,其中 0 x 時,方向順時針;x= 時,導線框中感應電 流為零; xa時,方向逆時針。在ax2a時,左邊 框切割磁感線產生感應電流,ax 時,感應電流大 小i= ,方向逆時針;x= 時,導線框中感應電流為零; x2a,方向順時針,所以B項正確,A、C、D項錯誤。,【典例2】(2018赤峰模擬)如圖甲所示,光滑平行金 屬導軌MN、PQ所在平面與水平面成角,M、P兩端接一 電阻為R的

5、定值電阻,電阻為r的金屬棒ab垂直導軌放置, 其他部分電阻不計。整個裝置處在磁感應強度大小為B、 方向垂直導軌平面向上的勻強磁場中。t=0時對金屬棒 施加一平行于導軌向上的外力F,使金屬棒由靜止開始,沿導軌向上運動,通過定值電阻R的電荷量q隨時間的平方t2變化的關系如圖乙所示。下列關于穿過回路abPMa的磁通量、金屬棒的加速度a、外力F、通過電阻R的電流I隨時間t變化的圖象中正確的是(),【點睛】(1)根據電路中通過電阻R的電荷量q的計算公式,結合乙圖不難發(fā)現導體棒沿斜面向上做初速度為零的勻加速直線運動。 (2)結合法拉第電磁感應定律、閉合電路歐姆定律、牛頓第二定律寫出感應電流I、外力F與時間

6、t的關系式。,【解析】選C。設導體棒ab沿斜面向上移動d的過程中, 通過定值電阻R的電荷量為q,設導體棒的長度為L,則 有:q= d,可得=Rq,因q與t2成正比,設比 例系數為k,則有:-0=kRt2,即:=0+kRt2,由圖乙 可知通過定值電阻R的電荷量q與t2成正比,根據q= d可知導體棒ab沿斜面向上移動的距離d與上,移時間t2成正比,結合初速度為零的勻變速直線運動位 移時間關系可得導體棒沿斜面向上做初速度為零的 勻加速直線運動,設加速度為a,則有:v=at,I= = ,F-mgsin-FA=ma,可得:F=mgsin+ma+BIL= mgsin+ma+ t。故選C。,【強化訓練】 1

7、.(多選)(2018武漢模擬)如圖甲所示,在足夠長的光滑的斜面上放置著金屬線框,垂直于斜面方向的勻強磁場的磁感應強度B隨時間的變化規(guī)律如圖乙所示(規(guī)定垂直斜面向上為正方向)。t=0時刻將線框由靜止釋放,在線框下滑的過程中,下列說法正確的是(),A.線框中產生大小、方向周期性變化的電流 B.MN邊受到的安培力先減小后增大 C.線框做勻加速直線運動 D.線框中產生的焦耳熱等于其機械能的損失,【解析】選B、C。根據法拉第電磁感應定律E= S得, 磁感應強度的變化率不變,則感應電動勢不變,感應電 流的大小不變,根據楞次定律知,感應電流的方向不變, 故A項錯誤;根據F=BIL知,感應電流的大小不變,磁感

8、應 強度的大小先減小后反向增大,則MN邊所受的安培力先 減小后增大,故B項正確;線框上下兩邊所受的安培力大,小相等,方向相反,可以知道線框所受的合力大小恒定,線框做勻加速直線運動,故C項正確;對于線框,只有重力做功,機械能守恒,根據能量守恒知,磁場能轉化為焦耳熱,故D項錯誤。,2.(多選)(2018許昌模擬)兩條平行虛線間存在一勻 強磁場,磁感應強度方向與紙面垂直,一正方形單匝導 線框abcd位于紙面內,如圖甲所示。t=0時cd邊與磁場 邊界重合,線框在水平外力F的作用下從靜止開始做變 速直線運動通過磁場。規(guī)定逆時針方向為感應電流的 正方向,回路中感應電流隨時間變化如圖乙所示;規(guī)定,水平向左為

9、力的正方向,下列給出的關于回路中感應電動勢E、線框所受安培力F安、外力F隨時間變化的圖象中,可能正確的是(),【解析】選A、C、D。設線框的電阻為R,則電動勢E=IR, 即E與I成正比,又E與I方向相同,選項A正確;設線框的 邊長為L,磁感應強度大小為B,則F安=BLI,即F安與I成正 比;根據楞次定律可知,安培力總是阻礙線框的運動,即 安培力的方向總是水平向左,選項C正確、B錯誤;根據 法拉第電磁感應定律知E=BLv,又E=IR,得v= ,即v與,I成正比,結合題圖乙可知,經過相等時間t0,電流增加量相等,則經過相等時間t0,速度增加量相等,線框從靜止開始做勻加速直線運動,設加速度為a,根據

10、牛頓第二定律,有F-F安=ma,即F=ma+F安=ma+BLI,方向始終向右,選項D正確。,3.(2018太原模擬)圖甲中,兩平行光滑金屬導軌放置 在水平面上,間距為L,左端接電阻R,導軌電阻不計。整 個裝置處于方向豎直向下、磁感應強度為B的勻強磁場 中。將質量為m、電阻為r的金屬棒ab置于導軌上。當 ab受到垂直于金屬棒的水平外力F的作用由靜止開始運 動時,F與金屬棒速度v的關系如圖乙。已知ab與導軌始,終垂直接觸良好,設ab中的感應電流為i,ab受到的安培力大小為FA,R兩端的電壓為UR,R的電功率為P,則圖中大致正確的是(),【解析】選A。金屬棒受到的安培力:FA=BiL= ,對 金屬棒

11、,由牛頓第二定律可得:F-FA=ma,金屬棒的加速 度:a= ,由圖乙所示可知,力F隨速度增大而減 小,金屬棒做加速度減小的加速運動,當拉力與安培力 相等時金屬棒做勻速直線運動。感應電動勢:E=BLv,電 路電流:i= v,由于金屬棒先做加速度減小,的加速運動后做勻速直線運動,則i先增大然后保持不 變,i在相等時間內的增加量逐漸減小,由圖示圖象可 知符合題意,故A項正確;金屬棒受到的安培力:FA=BiL = ,由于金屬棒先做加速度減小的加速運動后做 勻速直線運動,則安培力隨時間先增大后保持不變,故 B項錯誤;R兩端電壓:UR=iR= ,由于金屬棒先,做加速度減小的加速運動后做勻速直線運動,則R

12、兩端 電壓先增大后保持不變,且電壓在相等時間內的增加量 逐漸減少,故C項錯誤;R的電功率:P=i2R= ,由 于金屬棒先做加速度減小的加速運動后做勻速直線運 動,電阻R的電功率先增大后保持不變,且電功率在相等 時間內的增加量逐漸減少,故D項錯誤。,4. 寬為L的兩光滑豎直裸導軌間接有固定電阻R,導軌(電阻忽略不計)間、區(qū)域中有垂直紙面向里寬為d、磁感應強度為B的勻強磁場,、區(qū)域間距為h,如圖,有一質量為m、長為L電阻不計的金屬桿與豎直導軌緊密接觸,從距區(qū)域上端H處桿由靜止釋放。若桿在、區(qū)域中運動情況完全相同,現以桿由靜止釋放為計時起點,則桿中電流隨時間t變化的圖象可能正確的是(),【解析】選B

13、。桿在無磁場區(qū)域運動時做a=g的勻 加速直線運動,所以I-t圖象的電流強度為零;而桿 通過場區(qū)可能做加速度減小的減速運動,所以 I= ,所以I-t圖象的斜率減小,B項 正確,A、C、D項錯誤。,5.(2018蚌埠模擬)如圖甲所示,PQ和MN是兩根間距為L的光滑水平長直導軌,P與M之間連接一個阻值為R的定值電阻,一個長為L、質量為m、電阻為r的金屬棒ab垂直放在導軌上,整個裝置處于豎直方向勻強磁場中,磁場的磁感應強度為B。,(1)現在金屬棒ab上作用一個大小為F的水平恒力,使其沿導軌運動,求ab棒最大速度的大小。 (2)若在金屬棒ab上作用一個水平力F,使金屬棒ab沿導軌由靜止做加速度為a的勻加速直線運動,求水平力F與時間t的函數關系式,并