《高三物理二轮复习专题11：电学图象专题》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高三物理二轮复习专题11：电学图象专题（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、电学图像专题电磁感应中常常涉及磁感应强度 B、磁通量 、感应电动势 E、感应电流 I 随时间的变化的图像，即 B-t 图、-t 图、E-t 图、I-t 图。对于切割磁感线产生感应电动势和感应电流的情况，还常涉及感应电动势 E 和感应电流 I 随线圈位移 x 变化的图像，即 E-x 图和 I-x 图。这些图像问题大体可分为两类：一、由给出的电磁感应过程选出或画出正确的图像例 1、如图甲所示，由均匀电阻丝做成的正方形 线框 abcd 的电阻为R1,ab=bc=cd=da=l,现将线框以与 ab 垂直的速度 v 匀速穿过一宽度为 2l、磁感应强度为 B 的匀强磁场区域，整个过程中 ab、cd 两边始
2、终保持与边界平行令线框的 cd 边刚与磁场左边界重合时 t=O，电流沿 abcda 流动的方向为正(1)在图乙中画出线框中感应电流随时间变化的图象(2)在图丙中画出线框中 a、b 两点间电势差 Uab 随时间 t 变化的图象分析：本题是电磁感应知识与电路规律的综合应用，要求我们运用电磁感应中的楞次定律、法拉第电磁感应定律及画出等效电路图用电路规律来求解，是一种常见的题型。解答：(1)令 I0=BlvR，画出的图像分为三段(如下图所示)t=0l/v,i=-I 0t= l/v2l/v,i=0t=2l/v3l/v,i=-I 0(2)令 Uab=Blv，面出的图像分为三段(如上图所示) 小结：要求我们
3、分析题中所描述的物理情景,了解已知和所求的，然后将整个过程分成几个小的阶段,每个阶段中物理量间的变化关系分析明确,最后规定正方向建立直角坐标系准确的画出图形例 2、如图所示，一个边长为 a，电阻为 R 的等边三角形，在外力作用下以速度 v 匀速的穿过宽度均为 a 的两个匀强磁场，这两个磁场的磁感应强度大小均为 B，方向相反，线框运动方向与底边平行且与磁场边缘垂直，取逆时针方向为电流的正方向，试通过计算，画出从图示位置开始，线框中产生的感应电流 I 与沿运动方向的位移 x 之间的函数图象分析：本题研究电流随位移的变化规律，涉及到有效长度问题.解答：线框进入第一个磁场时，切割磁感线的有效长度在均匀
4、变化.在位移由 0 到 a/2 过程中，切割有效长度由 0 增到 ；在位移由 a/2 到 a23aR L甲FBt/sF/N0 4 8 12 16 20 24 2812345乙图 14的过程中，切割有效长度由 减到 0在 x=a/2 时， ，I= ，23aRavB23电流为正线框穿越两磁场边界时，线框在两磁场中切割磁感线产生的感应电动势相等且同向，切割的有效长度也在均匀变化在位移由 a 到 3a/2 过程中，切割有效长度由 O 增到 。 ；在位移由 3a/2 到 2a 过程中，切割有效长度由 减到 0.在 x=3a/2 时，I= 电流为负线框23aRvB3移出第二个磁场时的情况与进入第一个磁场相
5、似,I 一 x 图象如右图所示例 3、如图所示电路中，S 是闭合的，此时流过线圈 L 的电流为 i1，流过灯泡 A 的电流为 i2，且 i1i2在 t1，时刻将 S 断开，那么流过灯泡 的电流随时间变化的图象是图中的哪一个? ( )分析: 本题是自感现象中的图像问题,相对于前面的两道例题要精确的画出图像有一定的难度.解答:t 1时刻将 s 断开,L 中会产生自感电动势与灯泡 A 构成闭合回路。L 中的电流会在 i1的基础上减小。方向与 i1一致，而 A 中的电流与原方向相反，最终减小为零 因断开的 S 的瞬间。灯泡 A 中的电流比断开前大，故会闪亮一下再熄灭答案选 D二、由给定的有关图像分析电
6、磁感应过程，求解相应的物理量例 4、 （2001 年全国物理）如图甲所示，一对平行光滑导轨，放在水平面上，两导轨间的距离 l=0.20m，电阻 R=1.0；有一导体杆静止地放在轨道上，与两轨道垂直，杆及两轨道的电阻均可忽略不计，整个装置处于磁感应强度 B=0.50T 的匀强磁场中，磁场方向垂直轨道面向下，如图甲所示。现用一外力 F 沿轨道方向拉杆，使之做匀加速运动，侧得力 F 与时间 t 的关系如图 14 乙所示。求杆的质量 m 和加速度 a。分析: 本题已知图像要求利用电磁及力学知识求出相应的物理量，处理本类问题关键是要审清图像.解答:导体杆在轨道上做初速度为零的匀加速直线运动，用 v 表示
7、瞬时速度，t 表示时间，则杆切割磁感线产生的感应电动势为：E=BLv=Blat 闭合回路中的感应电流为 由安培力公式和牛顿第二定律得： F-BIl=ma RI由、式得 F=ma+ RatlB2小结：图像的斜率、截距、面积等表征的物理意义或物理量是重点分析的内容,再运用力学知识、电磁学知识及电路规律来求解。例 5、 (2000 年上海，10)如图 (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 中通有变化电流，电流随时间变化的规律如图 (b) 所示P 所受的重力为 G，桌面对 P 的支持力为 N则 ( )At l时刻，NG Bt 2时刻，NGCt 3时
8、刻，NG Dt 4时刻，NG分析：本题以能力立意，综合考查由图像来分析、判断相关的物理过程，有一定的难度。解答：难点是 P、Q 线圈中只要有一个电流为零，则相互作用力为零。答案选 A、D巩固练习1、长度相等、电阻均为 r 的三根金属棒 AB、CD、EF 用导线相连，如图所示，不考虑导线电阻，此装置匀速进入匀强磁场的过程（匀强磁场垂直纸面向里，宽度大于 AE 间距离） ，AB 两端电势差 u 随时间变化的图像可能是：（ ）AB DC EFA B C D2、如下图所示，一有界匀强磁场，磁感应强度大小均为 B，方向分别垂直纸面向里和向外，磁场宽度均为 L，在磁场区域的左侧相距为 L 处，有一边长为三
9、的正方形导体线框，总电阻为 R，且线框平面与磁场方向垂直现使线框以速度 v 匀速穿过磁场区域若以初始位置为计时起点，规定电流逆时针方向时的电流和电动势方向为正，B 垂直纸面向里时为正，则以下四个图像中对此过程描述不正确的是：（ ）3、 (1997 年上海，一、4)一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 10 一 19 所示则图 lO 一 20 所示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)( )4、一闭合线圈置于磁场中，若磁感应强度随时间变化的规律如图312 所示，则图 313 中能正确反映线圈中感应电动势随时间变化的图象是utO
10、utOutOutO图 312图 3135、(1999 年全国，12)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 (a)所示现令磁感应强度 B 随时间 t 变化，先按图 (b)中所示的 oa 图线变化，后来又按图线 bc 和 cd 变化令 E1、E 2、E 3分别表示这三段变化过程中感应电动势的大小，I 1、I 2、I 3分别表示对应的感应电流，则( )AE 1E2，I 1沿逆时针方向，I 2沿顺时针方向BE 1i0同时受到的安培力大于 F，做减速运动随着速度的减小，安培力变小，减速运动的加速度变小，电流的变化变慢，但 cd 边出磁场时(x=
11、3l)最小速度不能小于进磁场时的速度，故x=3l 处回路中电流不能小于 i0说明：解答此题的关键是线框 ab 边在 x=l 和 x=2l 间运动时做加速运动，故 ab 边出磁场时产生的电流 iio又 F 安F 拉，做减速运动，i 逐渐变小，F 安逐渐变小，i 的变化率变小，最终 cd 边出磁场时的速度不能小于匀速运动的速度，故 x=3l 时 ii0。因此，当 x=2l 到 x=3l 区间，线框中感应电流的 ix 图线形状不唯一，可以表示成三种情况 如图(b)所示9、答案：(1)I 0= ，f= ， (2)图线如图 1055 所示Rl2解析：(1)在从图 1 中位置开始(t=O)转过 60的过程中，经 t,转角=Et，回路的磁通量为= 由法拉第电磁感应定律，感应电2Bl动势为 E= 因匀速转动，这就是最大的感应电动势由欧姆定律可求得tI0= 前半圈和后半圈 I(t)相同，故感应电流频率等于旋转频率的 2 倍，Rl2f=10、解析：假定磁场充满整个空间，规定沿 abcda 的方向为电流正方向，线圈在转动的一个周期内，线圈中电流随时间变化的图像应是一个完整的正弦曲线，但线圈平面从图中位置转过 /3 角度，即 T/6 内，穿过线圈的磁通量不变化，线圈中无电流同理，在一个周期的最后 T/6 内，穿过线圈的磁通量也不变化，线圈中也无电流感应电流随时间变化的图像如图所示
