關(guān)于電磁感應(yīng)中圖像問題的歸類分析

1、關(guān)于電磁感應(yīng)中圖像問題的歸類分析ab從近幾年的高考試題來看，圖線和圖形的變換是出題的熱點(diǎn)之一，它能檢測學(xué)生靈活處理物理新情景問題的能力，也能檢測學(xué)生的應(yīng)變能力從深層次的科學(xué)素養(yǎng)角度來說，物理是實(shí)驗(yàn)的科學(xué)，實(shí)驗(yàn)要收集、處理數(shù)據(jù)圖形圖像的出現(xiàn)能形象地顯示各物理量之間的函數(shù)關(guān)系，是研究物理學(xué)科的一把金鑰匙應(yīng)用圖像法解題要求同學(xué)們能做到三會(huì)：會(huì)識(shí)圖：認(rèn)識(shí)圖像，理解圖像的物理意義；會(huì)作圖：依據(jù)物理現(xiàn)象、物理過程、物理規(guī)律作出圖像，且能對(duì)圖像進(jìn)行變形或轉(zhuǎn)換；會(huì)用圖：能用圖像分析實(shí)驗(yàn)用圖像描述復(fù)雜的物理過程，用圖像法來解決物理問題為進(jìn)一步增強(qiáng)對(duì)圖像的認(rèn)識(shí)，本文將以電磁感應(yīng)中的圖像問題歸結(jié)為下以五類一、圖像選

2、擇問題圖1例1 如圖1，一個(gè)邊長為l的正方形虛線框內(nèi)有垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場； 一個(gè)邊長也為l的正方形導(dǎo)線框所在平面與磁場方向垂直； 虛線框?qū)蔷€ab與導(dǎo)線框的一條邊垂直，ba的延長線平分導(dǎo)線框在t=0時(shí)， 使導(dǎo)線框從圖示位置開始以恒定速度沿ab方向移動(dòng)，直到整個(gè)導(dǎo)線框離開磁場區(qū)域以i表示導(dǎo)線框中感應(yīng)電流的強(qiáng)度，取逆時(shí)針方向?yàn)檎龍D2中表示i-t關(guān)系的圖示中，可能正確的是圖2 解析：從正方形線框下邊開始進(jìn)入到下邊完全進(jìn)入過程中，線框切割磁感線的有效長度逐漸增大，所以感應(yīng)電流也逐漸拉增大，A項(xiàng)錯(cuò)誤；從正方形線框下邊完全進(jìn)入至下邊剛穿出磁場邊界時(shí)，切割磁感線有效長度不變，故感應(yīng)電流不變，B項(xiàng)錯(cuò)；當(dāng)

3、正方形線框下邊離開磁場，上邊未進(jìn)入磁場的過程比正方形線框上邊進(jìn)入磁場過程中，磁通量減少的稍慢，故這兩個(gè)過程中感應(yīng)電動(dòng)勢不相等，感應(yīng)電流也不相等，D項(xiàng)錯(cuò)，故正確選項(xiàng)為C求解物理圖像的選擇類問題可用“排除法”，即排除與題目要求相違背的圖像，留下正確圖像；也可用“對(duì)照法”，即按照題目要求畫出正確草圖，再與選項(xiàng)對(duì)照，選出正確選項(xiàng)解決此類問題的關(guān)鍵就是把握圖像特點(diǎn)、分析相關(guān)物理量的函數(shù)關(guān)系、分析物理過程的變化規(guī)律或是關(guān)鍵物理狀態(tài)二、圖像作畫問題例2 如圖3所示，水平放置的兩根平行金屬導(dǎo)軌，間距L=0.3m導(dǎo)軌左端連接R0.6的電阻，區(qū)域abcd內(nèi)存在垂直于導(dǎo)軌平面B=0.6T的勻強(qiáng)磁場，磁場區(qū)域?qū)扗=0

4、.2 m細(xì)金屬棒A1和A2用長為2D=0.4m的輕質(zhì)絕緣桿連接，放置在導(dǎo)軌平面上，并與導(dǎo)軌垂直，每根金屬棒在導(dǎo)軌間的電阻均為t=0.3,導(dǎo)軌電阻不計(jì)，使金屬棒以恒定速度r=1.0 m/s沿導(dǎo)軌向右穿越磁場，計(jì)算從金屬棒A1進(jìn)入磁場（t=0）到A2離開磁場的時(shí)間內(nèi)，不同時(shí)間段通過電阻R的電流強(qiáng)度，并在圖4中畫出圖5圖4圖3解析：0t1（00.2s）A1產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢：，電阻R與A2并聯(lián)阻值：，所以電阻R兩端電壓，通過電阻R的電流：；t1t2（0.20.4s）E=0, I2=0；t2t3（0.40.6s） 同理：I3=0.12A電流隨時(shí)間變化關(guān)系如圖5所示求解物理圖像的描繪問題的方法是，首先和解

5、常規(guī)題一樣，仔細(xì)分析物理現(xiàn)象，弄清物理過程，然后求解有關(guān)物理量或分析相關(guān)物理量間的函數(shù)關(guān)系，最后正確地作出圖像在描繪圖像時(shí)，要注意物理量的單位，坐標(biāo)軸標(biāo)度的適當(dāng)選擇用函數(shù)圖像的特征等三、圖像變換問題圖6例3矩形導(dǎo)線框abcd固定在勻強(qiáng)磁場中，磁感線的方向與導(dǎo)線框所在平面垂直，規(guī)定磁場的正方向垂直低面向里，磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖所示.若規(guī)定順時(shí)針方向?yàn)楦袘?yīng)電流I的正方向，圖7中正確的是圖7解析：0-1s內(nèi)B垂直紙面向里均勻增大，則由楞次定律及法拉第電磁感應(yīng)定律可得線圈中產(chǎn)生恒定的感應(yīng)電流，方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向，排除A、C選項(xiàng)；2s-3s內(nèi)，B垂直紙面向外均勻增大，同理可得線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電

6、流方向?yàn)轫槙r(shí)針方向，排除B選項(xiàng)，D正確處理有關(guān)圖像變換的問題，首先要識(shí)圖，即讀懂已知圖像表示的物理規(guī)律或物理過程，然后再根據(jù)所求圖像與已知圖像的聯(lián)系，進(jìn)行圖像間的變換四、圖像分析問題例4 如圖8所示，一對(duì)平行光滑軌道放置在水平面上，兩軌道間距l(xiāng)=0.20 m，電阻R=1.0 ；有一導(dǎo)體桿靜止地放在軌道上，與兩軌道垂直，桿及軌道的電阻皆可忽略不計(jì)，整個(gè)裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.5 的勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直軌道面向下.現(xiàn)在一外力F沿軌道方向拉桿，使之做勻加速運(yùn)動(dòng)，測得力F與時(shí)間t的關(guān)系如圖9所示.求桿的質(zhì)量m和加速度a. 解析：導(dǎo)體桿在軌道上做初速度為零的加速直線運(yùn)動(dòng)，用v表示瞬時(shí)速度，t表示時(shí)

7、間，則桿切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢為：，圖9圖8閉合回路中的感應(yīng)電流為：，由安培力公式和牛頓第二定律得：，得：在圖像上取兩點(diǎn)：（0，1）（28，4）代入解方程組得：在定性分析物理圖像時(shí)，要明確圖像中的橫軸與縱軸所代表的物理量，要弄清圖像的物理意義，借助有關(guān)的物理概念、公式、定理和定律作出分析判斷；而對(duì)物理圖像定量計(jì)算時(shí)，要搞清圖像所揭示的物理規(guī)律或物理量間的函數(shù)關(guān)系，并要注意物理量的單位換算問題，要善于挖掘圖像中的隱含條件，明確有關(guān)圖線所包圍的面積、圖像在某位置的斜率（或其絕對(duì)值）、圖線在縱軸和橫軸上的截距所表示的物理意義五、圖像應(yīng)用問題例5 如圖10所示，頂角=45°，的金屬導(dǎo)軌M

8、ON固定在水平面內(nèi)，導(dǎo)軌處在方向豎直、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中一根與ON垂直的導(dǎo)體棒在水平外力作用下以恒定速度v0沿導(dǎo)軌MON向右滑動(dòng)，導(dǎo)體棒的質(zhì)量為 m，導(dǎo)軌與導(dǎo)體棒單位長度的電阻均為r，導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌接觸點(diǎn)的a和b，導(dǎo)體棒在滑動(dòng)過程中始終保持與導(dǎo)軌良好接觸t=0時(shí)，導(dǎo)體棒位于頂角O處，求：t時(shí)刻流過導(dǎo)體棒的電流強(qiáng)度I和電流方向 導(dǎo)體棒作勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)水平外力F的表達(dá)式 導(dǎo)體棒在0t時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的焦耳熱Q 若在t0時(shí)刻將外力F撤去，導(dǎo)體棒最終在導(dǎo)軌上靜止時(shí)的坐標(biāo)x解析0到t時(shí)間內(nèi)，導(dǎo)體棒的位移 x=v0t，圖10t時(shí)刻，導(dǎo)體棒的長度 l=x，導(dǎo)體棒的電動(dòng)勢 E=Blv0，回路總電阻 R= (2x+x)r，電流強(qiáng)度 電流方向 bat時(shí)刻導(dǎo)體棒的電功率 ， Pt Q=Pt/2=撤去外力后，任意時(shí)刻t導(dǎo)體棒的坐標(biāo)為x，速度為v，取很短時(shí)間t或很短距離x在tt+t時(shí)間內(nèi)，由動(dòng)量定理得BIlt=mv，