2022年高三物理第二輪專題復習學案 電學圖像

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1、2022年高三物理第二輪專題復習學案 電學圖像 電磁感應中常常涉及磁感應強度B、磁通量Φ、感應電動勢E、感應電流I隨時間的變化的圖像，即B-t圖、Φ-t圖、E-t圖、I-t圖。對于切割磁感線產生感應電動勢和感應電流的情況，還常涉及感應電動勢E和感應電流I隨線圈位移x變化的圖像，即E-x圖和I-x圖。 這些圖像問題大體可分為兩類： 一、 由給出的電磁感應過程選出或畫出正確的圖像 例1、如圖甲所示，由均勻電阻絲做成的正方形 線框abcd的電阻為R1,ab=bc=cd=da=l,現(xiàn)將線框以與ab垂直的速度v勻速穿過一寬度為2l、磁感應強度為B的勻強磁場區(qū)域，整個過程中ab、cd兩邊始終

2、保持與邊界平行．令線框的cd邊剛與磁場左邊界重合時t=O，電流沿abcda流動的方向為正． (1)在圖乙中畫出線框中感應電流隨時間變化的圖象． (2)在圖丙中畫出線框中a、b兩點間電勢差Uab隨時間t變化的圖象． 分析：本題是電磁感應知識與電路規(guī)律的綜合應用，要求我們運用電磁感應中的楞次定律、法拉第電磁感應定律及畫出等效電路圖用電路規(guī)律來求解，是一種常見的題型。 解答：(1)令I0=Blv／R，畫出的圖像分為三段(如下圖所示) t=0～l/v,i=-I0 t= l/v～2l/v,i=0 t=2l/v～3l/v,i=-I0

3、 (2)令Uab=Blv，面出的圖像分為三段(如上圖所示) 小結：要求我們分析題中所描述的物理情景,了解已知和所求的，然后將整個過程分成幾個小的階段,每個階段中物理量間的變化關系分析明確,最后規(guī)定正方向建立直角坐標系準確的畫出圖形 例2、如圖所示，一個邊長為a，電阻為R的等邊三角形，在外力作用下以速度v勻速的穿過寬度均為a的兩個勻強磁場，這兩個磁場的磁感應強度大小均為B，方向相反，線框運動方向與底邊平行且與磁場邊緣垂直，取逆時針方向為電流的正方向，試通過計算，畫出從圖示位置開始，線框中產生的感應電流I與沿運動方向的位移x

4、之間的函數(shù)圖象 分析：本題研究電流隨位移的變化規(guī)律，涉及到有效長度問題. 解答：線框進入第一個磁場時，切割磁感線的有效長度在均勻變化.在位移由0到a/2過程中，切割有效長度由0增到 ；在位移由a/2到a的過程中，切割有效長度由減到0．在x=a/2時，，I=，電流為正．線框穿越兩磁場邊界時，線框在兩磁場中切割磁感線產生的感應電動勢相等且同向，切割的有效長度也在均勻變化．在位移由a到3a/2 過程中，切割有效長度由O增到。；在位移由3a/2到2a過程中，切割有效長度由減到0.在x=3a/2時，I=電流為負．線框移出第二個磁場時的情況與進入第一個磁場

5、相似,I一x圖象如右圖所示． 例3、如圖所示電路中，S是閉合的，此時流過線圈L的電流為i1，流過燈泡A的電流為i2，且i1>i2．在t1，時刻將S斷開，那么流過燈泡 的電流隨時間變化的圖象是圖中的哪一個? ( ) 分析: 本題是自感現(xiàn)象中的圖像問題,相對于前面的兩道例題要精確的畫出圖像有一定的難度. 解答:t1時刻將s斷開,L中會產生自感電動勢與燈泡A構成閉合回路。L中的電流會在i1的基礎上減小。方向與i1一致，而A中的電流與原方向相反，最終減小為零． 因斷開的S的瞬間。燈泡A中的電流比斷開前大，故會閃亮一下再熄滅．答案選D 二、由給

6、定的有關圖像分析電磁感應過程，求解相應的物理量 R L 甲 F B t/s F/N 0 4 8 12 16 20 24 28 1 2 3 4 5 乙 圖 14 例4、（xx年全國物理）如圖甲所示，一對平行光滑導軌，放在水平面上，兩導軌間的距離l=0.20m，電阻R=1.0Ω；有一導體桿靜止地放在軌道上，與兩軌道垂直，桿及兩軌道的電阻均可忽略不計，整個裝置處于磁感應強度B=0.50T的勻強磁場中，磁場方向垂直軌道面向下，如圖甲所示?，F(xiàn)用一外力F沿軌道方向拉桿，使之做勻加速運動，側得力F與時間t的關系如圖14乙所示。求桿的質

7、量m和加速度a。 分析: 本題已知圖像要求利用電磁及力學知識求出相應的物理量，處理本類問題關鍵是要審清圖像. 解答:導體桿在軌道上做初速度為零的勻加速直線運動，用v表示瞬時速度，t表示時間，則桿切割磁感線產生的感應電動勢為：E=BLv=Blat ……① 閉合回路中的感應電流為 ……② 由安培力公式和牛頓第二定律得：F-BIl=ma……③ 由①、②、③式得F=ma+……④ 小結：圖像的斜率、截距、面積等表征的物理意義或物理量是重點分析的內容,再運用力學知識、電磁學知識及電路規(guī)律來求解。 例5、 (xx年上海，10)如圖 (a)，圓形線圈

8、P靜止在水平桌面上，其正上方懸掛一相同的線圈Q，P和Q共軸，Q中通有變化電流，電流隨時間變化的規(guī)律如圖 (b) 所示．P所受的重力為G，桌面對P的支持力為N．則 ……………………( ) A．tl時刻，N>G B．t2時刻，N>G C．t3時刻，N＜G D．t4時刻，N＝G 分析：本題以能力立意，綜合考查由圖像來分析、判斷相關的物理過程，有一定的難度。 解答：難點是P、Q線圈中只要有一個電流為零，則相互作用力為零。答案選A、D 鞏固練習 A B D C E F 1、長度相等、電阻均為r的三根金屬棒AB、CD、EF用導線相連，如圖所示，不考慮導線

9、電阻，此裝置勻速進入勻強磁場的過程（勻強磁場垂直紙面向里，寬度大于AE間距離），AB兩端電勢差u隨時間變化的圖像可能是：（ ） u t O u t O u t O u t O A． B． C． D． 2、如下圖所示，一有界勻強磁場，磁感應強度大小均為B，方向分別垂直紙面向里和向外，磁場寬度均為L，在磁場區(qū)域的左側相距為L處，有一邊長為三的正方形導體線框，總電阻為R，且線框平面與磁場方向垂直．現(xiàn)使線框以速度v勻速穿過磁場區(qū)域．若以初始位置為計時起點，規(guī)定電

10、流逆時針方向時的電流和電動勢方向為正，B垂直紙面向里時為正，則以下四個圖像中對此過程描述不正確的是：（ ） Φ 3、 (1997年上海，一、4)一磁棒自遠處勻速沿一圓形線圈的軸線運動，并穿過線圈向遠處而去，如圖10一19所示．則圖lO一20所示較正確反映線圈中電流i與時間t關系的是(線圈中電流以圖示箭頭為正方向)……………( ) 4、一閉合線圈置于磁場中，若磁感應強度Ｂ隨時間變化的規(guī)律如圖3－12所示，則圖3－13中能正確反映線圈中感應電動勢Ｅ隨時間ｔ變化的圖象是　　?。邸　　。? 圖3－12 圖3－13 5、(xx年全國

11、，12)一勻強磁場，磁場方向垂直紙面，規(guī)定向里的方向為正．在磁場中有一細金屬圓環(huán)，線圈平面位于紙面內，如圖 (a)所示．現(xiàn)令磁感應強度B隨時間t變化，先按圖 (b)中所示的oa圖線變化，后來又按圖線bc和cd變化．令E1、E2、E3分別表示這三段變化過程中感應電動勢的大小，I1、I2、I3分別表示對應的感應電流，則…………………………………………………( ) A．E1>E2，I1沿逆時針方向，I2沿順時針方向 B．E1

12、 6、(xx·東城三點)矩形導線框abcd在勻強磁場中，磁感線方向與線圈平面垂直，磁感應強度B隨時間變化的圖象如下圖所示．t=O時刻，磁感應強度的方向垂直于紙面向里．在0—4s時間內，線框的ab邊受力隨時間變化的圖象(力的方向規(guī)定以向左為正方向)，可能如下圖中的： ( ) 7、如下圖所示，用總電阻為R的均勻電阻線彎成圖中的框架abcdea，各邊長標示于圖上．使框架以向右的速度v勻速通過寬為L，磁感強度為B的勻強磁場，磁場方向垂直紙面向里． (1)計算后，在給出的坐標紙中定量作出框架在通過磁場的過

13、程中，ab間的電壓u隨時間t變化的圖像(以cd邊剛進磁場為計時起點，a點電勢高于b 點電勢時u，為正) (2)求出框架在通過磁場的過程中，外力所作的功． 8、 (1996年全國，19)如圖所示，abcd為一邊長為l、具有質量的剛性導線框， 位于水平面內，bc邊中串接有電阻R，導線的電阻不計．虛線表示一勻強磁場區(qū)域的邊界，它與線框a6邊平行，磁場區(qū)域的寬度為2l，磁場磁感應強度為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，沿光滑水平面運動，直到通過磁場區(qū)域．已知ab邊剛進入磁場時，線框便變?yōu)閯蛩龠\動，此時通過電阻

14、R的電流的大小為i0，試在圖的i—x坐標系上定性畫出：從導線框剛進人磁場到完全離開磁場的過程中，流過電阻R的電流i的大小隨ab邊的位置坐標x變化的曲線． 9、 (xx年廣東，18)在圖所示區(qū)域(圖中直角坐標系Oxy的1、3象限)內有勻強磁場，磁感應強度方向垂直于圖面向里，大小為B．半徑為l，圓心角為60。的扇形導線框OPQ以角速度w繞。點在圖面內沿逆時針方向勻速轉動，導線框回路電阻為R． (1)求線框中感應電流的最大值I。和交變感應電流的頻率f； (2)在圖中畫出線框轉一周的時間內感應電流I隨時間t變化的圖象．(規(guī)定與圖中線框的位置相應的時刻為t=0) 10、．如圖所示

15、，abcd為一個閉合矩形金屬線框，圖中虛線為磁場右邊界(磁場左邊界很遠)，它與線圈的ab邊平行，等分bc邊，即線框有一半位于勻強磁場之中，而另一半位于磁場之外，磁感線方向垂直線框平面向里．線框以ab邊為軸勻速轉動.t=O時的位置如圖所示，在右面的坐標系上定性畫出轉動過程中線框內感應電流隨時間變化的圖像(只要求畫出一個周期)． 參考答案: 1、C 2、答案：B 第1個L/v內．線框未進入磁場，φ=0，E= O，I=0，P=O第2個L/v內，線框勻速進入磁場，φ均勻增大，E=BLv，方向為正，I=E/R=Blv/R不變，方向為正。 P=不變 ， 第

16、3個L/v內．線框由垂直紙面向里的磁場進入向外的磁場，磁通量φ先向里減小，后向外增大，B錯，E=2BLv不變，方向為負，I=2BLv/R不變．方向為負 P=不變第4個L/v內，線圈出磁場。磁通量向外．減小E=BLv，方向為正，I=E/R=Blv/R，方向為正，P=不變，所以A、C、D正確，不正確的選B． 3、B 4、A 5、答案:BD 解析：該題既考查了楞次定律法拉第電磁感應定律，又考查了圖線的識別能力．首先，由圖線oa段B大于零且隨時間均勻增加知該段時間內B向里增強，且ΔB/Δt恒量．由楞次定律知感應電流I1方向為逆時針方向，由法拉第電磁感應定律知E1=；對bc段，B大于零，即方向

17、向里且逐漸減小，由楞次定律知感應電流I2的方向為順時針，由法拉第電磁感應定律有E2=，式中△B與E1中△B相同，故E2=4E1，即E1

18、無磁通量變化，故i=O，但該段距離內線框受到的合外力為水平拉力，故框做勻加速運動．當ab邊出磁場時 (x=2l)，框的速度大于剛進磁場時的速度，cd段切割磁感線產生的電流i>i0．同時受到的安培力大于F，做減速運動．隨著速度的減小，安培力變小，減速運動的加速度變小，電流的變化變慢，但cd邊出磁場時(x=3l)最小速度不能小于進磁場時的速度，故x=3l處回路中電流不能小于i0． 說明：解答此題的關鍵是線框ab邊在x=l和x=2l間運動時做加速運動，故ab邊出磁場時產生的電流i>io．又F安>F拉，做減速運動，i逐漸變小，F(xiàn)安逐漸變小，i的變化率變小，最終cd邊出磁場時的速度不能小于勻速

19、運動的速度，故x=3l時i≥i0。因此，當x=2l到x=3l區(qū)間，線框中感應電流的i—x圖線形狀不唯一，可以表示成三種情況．．如圖(b)所示． 9、答案：(1)I0=，f=， (2)圖線如圖10—55所示 解析：(1)在從圖1中位置開始(t=O)轉過60°的過程中，經(jīng)Δt,轉角△θ=EΔt，回路的磁通量為△Φ= 由法拉第電磁感應定律，感應電動勢為E=因勻速轉動，這就是最大的感應電動勢．由歐姆定律可求得I0=前半圈和后半圈I(t)相同，故感應電流頻率等于旋轉頻率的2倍，f= 10、解析：假定磁場充滿整個空間，規(guī)定沿abcda的方向為電流正方向，線圈在轉動的一個周期內，線圈中電流隨時間變化的圖像應是一個完整的正 弦曲線，但線圈平面從圖中位置轉過π/3角度，即T/6內，穿過線圈的磁通量不變化，線圈中無電流．同理，在一個周期的最后T/6內，穿過線圈的磁通量也不變化，線圈中也無電流．感應電流隨時間變化的圖像如圖所示．