2021高考物理一輪復(fù)習(xí) 第10章 電磁感應(yīng) 熱點(diǎn)專題系列——電磁感應(yīng)中的圖象問(wèn)題學(xué)案

1、2021高考物理一輪復(fù)習(xí) 第10章 電磁感應(yīng) 熱點(diǎn)專題系列電磁感應(yīng)中的圖象問(wèn)題學(xué)案2021高考物理一輪復(fù)習(xí) 第10章 電磁感應(yīng) 熱點(diǎn)專題系列電磁感應(yīng)中的圖象問(wèn)題學(xué)案年級(jí)：姓名：- 11 -熱點(diǎn)專題系列(六) 電磁感應(yīng)中的圖象問(wèn)題熱點(diǎn)概述：電磁感應(yīng)是高考的熱點(diǎn)，圖象類型題目比較多，常常綜合動(dòng)力學(xué)、電學(xué)、能量等知識(shí)分析判斷，現(xiàn)總結(jié)如下：1圖象類型(1)電磁感應(yīng)中常涉及磁感應(yīng)強(qiáng)度b、磁通量、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e和感應(yīng)電流i等隨時(shí)間變化的圖象，即bt圖象、t圖象、et圖象和it圖象。(2)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，有時(shí)還常涉及感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e和感應(yīng)電流i等隨位移變化的圖象，即ex圖象和ix圖象

2、等。(3)電磁感應(yīng)還常常結(jié)合動(dòng)力學(xué)、電路、能量轉(zhuǎn)化與功能關(guān)系等知識(shí)一起考查，常涉及到的圖象有vt圖象、ft圖象、ut圖象、qt圖象、pt圖象等。2兩類圖象問(wèn)題(1)由給定的電磁感應(yīng)過(guò)程選出或畫(huà)出正確的圖象。(2)由給定的有關(guān)圖象分析電磁感應(yīng)過(guò)程，定性或定量求解相應(yīng)的物理量，或推斷出其他圖象。3解題關(guān)鍵弄清初始條件、正負(fù)方向的對(duì)應(yīng)變化范圍、所研究物理量的函數(shù)表達(dá)式、進(jìn)出磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)等是解決此類問(wèn)題的關(guān)鍵。4電磁感應(yīng)中圖象類選擇題的兩個(gè)常用方法排除法定性地分析電磁感應(yīng)過(guò)程中物理量的變化趨勢(shì)(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(fù)，以排除錯(cuò)誤的選項(xiàng)函數(shù)法根據(jù)題目所

3、給條件定量地寫出兩個(gè)物理量之間的函數(shù)關(guān)系，然后由函數(shù)關(guān)系對(duì)圖象進(jìn)行分析和判斷熱點(diǎn)透析 圖象的選擇(1)分析電磁感應(yīng)過(guò)程，判斷對(duì)應(yīng)的圖象是否能將運(yùn)動(dòng)過(guò)程分段，共分幾段；(2)分析物理量的正負(fù)；(3)定性判斷橫縱坐標(biāo)是線性關(guān)系還是非線性關(guān)系、是正相關(guān)還是負(fù)相關(guān)；(4)寫出函數(shù)關(guān)系式，進(jìn)行數(shù)學(xué)分析，如分析斜率的變化、截距等；(5)判斷圖象正誤。(2019全國(guó)卷)(多選)如圖，兩條光滑平行金屬導(dǎo)軌固定，所在平面與水平面夾角為，導(dǎo)軌電阻忽略不計(jì)。虛線ab、cd均與導(dǎo)軌垂直，在ab與cd之間的區(qū)域存在垂直于導(dǎo)軌所在平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。將兩根相同的導(dǎo)體棒pq、mn先后自導(dǎo)軌上同一位置由靜止釋放，兩者始終與導(dǎo)軌垂

4、直且接觸良好。已知pq進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)加速度恰好為零。從pq進(jìn)入磁場(chǎng)開(kāi)始計(jì)時(shí)，到mn離開(kāi)磁場(chǎng)區(qū)域?yàn)橹?，流過(guò)pq的電流隨時(shí)間變化的圖象可能正確的是()解析pq剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，加速度為零，則mgsinbi1l，又i1，故pq做勻速運(yùn)動(dòng)，電流恒定；由題意知，mn剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)與pq剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)速度相同。情形1：若mn剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，pq已離開(kāi)磁場(chǎng)區(qū)域，則對(duì)mn，由mgsinbi1l、i1及右手定則知，通過(guò)pq的電流大小不變，方向相反，故it圖象如圖a所示。情形2：若mn剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，pq未離開(kāi)磁場(chǎng)區(qū)域，由于兩導(dǎo)體棒速度相等，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)等大、反向，故電流為0，兩棒在重力沿導(dǎo)軌方向的分力作用下均加速直至pq離開(kāi)磁

5、場(chǎng)。當(dāng)pq離開(kāi)磁場(chǎng)時(shí)，mn在磁場(chǎng)中的速度大于勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度，mn為電源，由右手定則知pq中的電流方向與mn未進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)相反，設(shè)此時(shí)pq中電流大小為i2，由eblv，i2，bi2lmgsinma0知，mn減速，且隨v減小，i2減小，a減小，i2與v成正比，故i2隨t減小得越來(lái)越慢，直至勻速，這時(shí)i2i1，it圖象如圖d所示。答案ad 圖象的轉(zhuǎn)換(1)要明確已知圖象表示的物理規(guī)律和物理過(guò)程；(2)根據(jù)所求的圖象和已知圖象的聯(lián)系進(jìn)行圖象間的轉(zhuǎn)換，對(duì)另一圖象做出正確的判斷。(2019湖南長(zhǎng)沙四縣市3月調(diào)研)如圖所示，正方形導(dǎo)線框abcd放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中靜止不動(dòng)，磁場(chǎng)方向與線框平面垂直，磁感應(yīng)強(qiáng)度b隨時(shí)

6、間t的變化關(guān)系如圖乙所示，t0時(shí)刻，磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直紙面向里。下列選項(xiàng)中能表示線框的ab邊受到的磁場(chǎng)力f隨時(shí)間t的變化關(guān)系的是(規(guī)定水平向左為力的正方向)()解析01 s：磁感應(yīng)強(qiáng)度方向向里且均勻減小，由楞次定律可得，線框中產(chǎn)生順時(shí)針的感應(yīng)電流，由e可知，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)恒定，電流恒定，所以ab邊受到的安培力fabil均勻減小，由左手定則可知，安培力方向向左，即為正；13 s：磁感應(yīng)強(qiáng)度方向向外且均勻增大，由楞次定律可得，線框中產(chǎn)生順時(shí)針的感應(yīng)電流，由e可知，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)恒定，電流恒定，所以ab邊受到的安培力fabil均勻增大，由左手定則可知，安培力方向向右，即為負(fù)；35 s：磁感應(yīng)強(qiáng)

7、度方向向外且均勻減小，由楞次定律可得，線框中產(chǎn)生逆時(shí)針的感應(yīng)電流，由e可知，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)恒定，電流恒定，所以ab邊受到的安培力fabil均勻減小，由左手定則可知，安培力方向向左，即為正；綜合上述分析可知a正確。答案a 圖象的應(yīng)用從圖象上讀取有關(guān)信息是解題的關(guān)鍵，圖象是數(shù)理綜合的一個(gè)重要的窗口，在運(yùn)用圖象解決物理問(wèn)題時(shí)，第一個(gè)關(guān)鍵是破譯，即解讀圖象中的關(guān)鍵信息(尤其是過(guò)程信息)；另一個(gè)關(guān)鍵是轉(zhuǎn)換，即有效地實(shí)現(xiàn)物理信息和數(shù)學(xué)信息的相互轉(zhuǎn)換。(2019湖北荊州二模)(多選)如圖甲所示，兩條平行虛線間存在一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度方向與紙面垂直。邊長(zhǎng)為1 m，總電阻為1 的正方形導(dǎo)線框abcd位于紙面

8、內(nèi)，cd邊與磁場(chǎng)邊界平行?，F(xiàn)使導(dǎo)線框水平向右運(yùn)動(dòng)，cd邊于t0時(shí)刻進(jìn)入磁場(chǎng)，c、d兩點(diǎn)間電勢(shì)差隨時(shí)間變化的圖線如圖乙所示。下列說(shuō)法正確的是()a磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直紙面向里b磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為4 tc導(dǎo)線框進(jìn)入磁場(chǎng)和離開(kāi)磁場(chǎng)時(shí)的速度大小之比為31d03 s的過(guò)程中導(dǎo)線框產(chǎn)生的焦耳熱為48 j解析01 s內(nèi)線框進(jìn)入磁場(chǎng)，c、d兩點(diǎn)間電勢(shì)差為正，即c點(diǎn)相當(dāng)于電源的正極，由右手定則可知，磁場(chǎng)方向垂直紙面向里，故a正確；01 s內(nèi)線框進(jìn)入磁場(chǎng)，c、d兩點(diǎn)間電勢(shì)差為ucdblv3 v，線框的速度為v m/s1 m/s，解得：b4 t，故b正確；由圖乙分析可知，線框在01 s內(nèi)進(jìn)入磁場(chǎng)，23 s內(nèi)出磁場(chǎng)，

9、ucdblv1 v，得v1 m/s，所以導(dǎo)線框進(jìn)入磁場(chǎng)和離開(kāi)磁場(chǎng)時(shí)的速度大小之比為11，故c錯(cuò)誤；線框在01 s內(nèi)進(jìn)入磁場(chǎng)過(guò)程中電流為i4 a，產(chǎn)生的焦耳熱為：q1i2rt16 j,12 s內(nèi)線框的磁通量不變，所以無(wú)感應(yīng)電流產(chǎn)生，即無(wú)焦耳熱產(chǎn)生，23 s內(nèi)線框出磁場(chǎng)過(guò)程中電流為i4 a，產(chǎn)生的焦耳熱為：q2i2rt16 j，所以總焦耳熱為32 j，故d錯(cuò)誤。答案ab熱點(diǎn)集訓(xùn)1(2019河南期末)兩個(gè)不可變形的正方形導(dǎo)體框a、b連成如圖甲所示的回路，并固定在豎直平面(紙面)內(nèi)。導(dǎo)體框a內(nèi)固定一小圓環(huán)c，a與c在同一豎直面內(nèi)，圓環(huán)c中通入如圖乙所示的電流(規(guī)定逆時(shí)針?lè)较驗(yàn)殡娏鞯恼较?，導(dǎo)體框b的

10、mn邊處在垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，則mn邊在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中受到的安培力()a01 s內(nèi)，方向向下b13 s內(nèi)，方向向下c35 s內(nèi)，先逐漸減小后逐漸增大d第4 s末，大小為零答案b解析根據(jù)it圖象可知，在06 s內(nèi)mn邊都有大小恒定的電流通過(guò)，由fbil可知，安培力的大小是恒定的，c、d均錯(cuò)誤；由楞次定律可知，01 s、35 s內(nèi)電流的方向由nm；13 s、56 s內(nèi)電流的方向由mn，對(duì)以上情況可用左手定則判斷出mn邊所受安培力的方向，01 s、35 s內(nèi)安培力方向向上，13 s、56 s內(nèi)安培力方向向下，故b正確，a錯(cuò)誤。2(2019江西南昌二模)如圖所示為一“凸”形線框，其中abbcdeah

11、gfl，ef3l。線框在外力作用下以恒定速度垂直磁場(chǎng)通過(guò)一寬為l的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)。取逆時(shí)針?lè)较驗(yàn)殡娏髡较?，圖示時(shí)刻t0，則線框中產(chǎn)生的電流i隨時(shí)間t變化的圖象中，正確的是()答案b解析由于線框勻速運(yùn)動(dòng)，每運(yùn)動(dòng)l的距離時(shí)間為t0，所以0t0這段時(shí)間的圖象表示ab邊從磁場(chǎng)左邊界到右邊界的過(guò)程，由右手定則可知，線框中產(chǎn)生逆時(shí)針?lè)较虻碾娏鳎笮閕，t02t0這段時(shí)間的圖象表示gd邊從磁場(chǎng)左邊界到右邊界的過(guò)程，由右手定則可知，線框中產(chǎn)生逆時(shí)針?lè)较虻碾娏?，大小為i，2t03t0這段時(shí)間的圖象表示ef從磁場(chǎng)左邊界到右邊界的過(guò)程，由右手定則可知，線框中產(chǎn)生順時(shí)針?lè)较虻碾娏?，大小為i，故b正確。3(2019西

12、南名校聯(lián)盟高三3月月考)如圖所示，有一邊長(zhǎng)為l的正方形線框abcd，由距勻強(qiáng)磁場(chǎng)上邊界h處?kù)o止釋放，其下邊剛進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)恰好能做勻速直線運(yùn)動(dòng)。勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域?qū)挾纫矠閘。ab邊開(kāi)始進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)記為t1，cd邊出磁場(chǎng)時(shí)記為t2，忽略空氣阻力，從線框開(kāi)始下落到cd邊剛出磁場(chǎng)的過(guò)程中，線框的速度大小v、加速度大小a、ab兩點(diǎn)的電壓大小uab、線框中產(chǎn)生的焦耳熱q隨時(shí)間t的變化圖象可能正確的是()答案c解析線框從磁場(chǎng)上邊界上方h處開(kāi)始下落到其下邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)的過(guò)程中線框做勻加速運(yùn)動(dòng)；因線框下邊剛進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)恰好能做勻速直線運(yùn)動(dòng)，可知線框直到cd邊出磁場(chǎng)時(shí)也做勻速運(yùn)動(dòng)，a、b錯(cuò)誤；線框ab邊進(jìn)入磁場(chǎng)

13、的過(guò)程：eblv，則uabblv，ab邊離開(kāi)磁場(chǎng)的過(guò)程：eblv，則uabblv，c正確；線框進(jìn)入磁場(chǎng)和離開(kāi)磁場(chǎng)的過(guò)程中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相同，均為eblv，進(jìn)入磁場(chǎng)的時(shí)間與離開(kāi)磁場(chǎng)的時(shí)間相同，則產(chǎn)生的焦耳熱相同，d錯(cuò)誤。4(多選)如圖甲所示，粗細(xì)均勻的矩形金屬線框abcd固定于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直線框所在平面，磁感應(yīng)強(qiáng)度b隨時(shí)間t變化的規(guī)律如圖乙所示。以垂直于線框所在平面向里為磁感應(yīng)強(qiáng)度b的正方向，則選項(xiàng)圖中關(guān)于ab邊的熱功率p、ab邊受到的安培力f(以向右為正方向)隨時(shí)間t變化的規(guī)律正確的是()答案ad解析由題圖乙知，的大小恒定，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律enns可知，線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

14、大小不變，所以感應(yīng)電流大小也不變，ab邊的熱功率pi2r，恒定不變，a正確，b錯(cuò)誤；根據(jù)安培力公式fbil，因?yàn)殡娏鞔笮?、ab邊長(zhǎng)度不變，安培力大小與磁感應(yīng)強(qiáng)度大小成正比，根據(jù)楞次定律判定感應(yīng)電流方向，再根據(jù)左手定則判定安培力方向，可知c錯(cuò)誤，d正確。5(2019陜西咸陽(yáng)三模)(多選)一正方形金屬線框位于有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域內(nèi)，線框平面與磁場(chǎng)垂直，線框的右邊緊貼著磁場(chǎng)邊界，如圖甲所示。t0時(shí)刻對(duì)線框施加一水平向右的外力，讓線框從靜止開(kāi)始做勻加速直線運(yùn)動(dòng)穿過(guò)磁場(chǎng)，外力f隨時(shí)間t變化的圖象如圖乙所示。已知線框質(zhì)量m1 kg、電阻r1 ，以下說(shuō)法正確的是()a線框做勻加速直線運(yùn)動(dòng)的加速度為1 m/s2b

15、勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為2 tc線框穿過(guò)磁場(chǎng)的過(guò)程中，通過(guò)線框的電荷量為 cd線框邊長(zhǎng)為1 m答案abc解析t0時(shí)刻，線框的速度為零，線框沒(méi)有感應(yīng)電流，不受安培力，加速度為：a m/s21 m/s2，故a正確；線框的邊長(zhǎng)為：lat21120.5 m，故d錯(cuò)誤；線框剛出磁場(chǎng)時(shí)的速度為vat11 m/s1 m/s，此時(shí)線框所受的安培力為fabil，i，則得fa，根據(jù)牛頓第二定律得ffama，即fma，代入數(shù)據(jù)f3 n，m1 kg，r1 ，l0.5 m，v1 m/s，a1 m/s2解得，b2 t，故b正確；通過(guò)線框的電荷量：q c c，故c正確。6(多選)如圖所示，光滑平行金屬導(dǎo)軌mn、pq放置在同一

16、水平面內(nèi)，m、p之間接一定值電阻r，金屬棒cb垂直導(dǎo)軌水平放置，金屬棒cb及導(dǎo)軌電阻不計(jì)。整個(gè)裝置處在豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，t0時(shí)對(duì)金屬棒施加水平向右的外力f，使金屬棒由靜止開(kāi)始做勻加速直線運(yùn)動(dòng)。下列關(guān)于通過(guò)金屬棒的電流i、通過(guò)導(dǎo)軌橫截面的電荷量q、拉力f和拉力f的功率p隨時(shí)間變化的圖象中正確的是()答案ac解析t0時(shí)對(duì)金屬棒施加水平向右的外力f，使金屬棒由靜止開(kāi)始做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，設(shè)加速度為a，則金屬棒的速度可表示為vat，由法拉第電磁感應(yīng)定律，切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)eblvblat，根據(jù)閉合電路歐姆定律，金屬棒中電流i，與時(shí)間成正比，a正確；感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)b，slxlat2，qt，聯(lián)立解得qblat2，b錯(cuò)誤；金屬棒運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所受的安培力f安bil，由牛頓第二定律，得ff安ma，解得fma，c正確；拉力的功率pfv（ma）at，d錯(cuò)誤。7(2018全國(guó)卷)如圖，在同一平面內(nèi)有兩根平行長(zhǎng)導(dǎo)軌，導(dǎo)軌間存在依次相鄰的矩形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，區(qū)域?qū)挾染鶠閘，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等、方向交替向上向下。一邊長(zhǎng)為l的正方形金屬線框在導(dǎo)軌上向左勻速運(yùn)動(dòng)，線框中感應(yīng)電流i隨時(shí)間t變化的正確圖線可能是()答案d解析如圖甲，線框左端從移動(dòng)到的過(guò)程中線框左邊切割磁感線產(chǎn)生的電流方向是順時(shí)針，線框右邊