◇ 山東 張傳東

以電磁感應(yīng)圖象問(wèn)題為例談高考考查要求

◇ 山東 張傳東

圖象是分析、解決問(wèn)題的重要的手段,對(duì)圖象問(wèn)題的考查是近些年高考命題的熱點(diǎn),應(yīng)引起同學(xué)們的高度重視.本文以電磁感應(yīng)圖象問(wèn)題為例,談?wù)劯呖紝?duì)圖象的考查要求.

1 識(shí)圖能力

例1 (2016年四川卷)如圖1,電阻不計(jì)、間距為L(zhǎng)的光滑平行金屬導(dǎo)軌水平放置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,導(dǎo)軌左端接一定值電阻R.質(zhì)量為m、電阻為r的金屬棒MN置于導(dǎo)軌上,受到垂直于金屬棒的水平外力F的作用由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng),外力F與金屬棒速度v的關(guān)系是F＝F0＋kv(F、k為常量),金屬棒與導(dǎo)軌始終垂直且接觸良好.金屬棒中感應(yīng)電流為i,受到的安培力大小為F安,電阻R兩端的電壓為UR,感應(yīng)電流的功率為P,它們隨時(shí)間t變化圖象可能正確的有( ).

圖1

根據(jù)牛頓定律可知,某時(shí)刻金屬棒的加速度為

圖2

求解物理圖象的選擇類問(wèn)題,可用“排除法”,即排除與題目要求相違背的選項(xiàng).也可用“對(duì)照法”,即按照題目要求畫(huà)出正確圖象,再與選項(xiàng)對(duì)照.解決此類問(wèn)題的關(guān)鍵是把握?qǐng)D象特點(diǎn)、分析相關(guān)物理量的關(guān)系、物理過(guò)程的變化規(guī)律及物理狀態(tài).

2 用圖能力

例2 (2016年上海卷)如圖3-甲,螺線管內(nèi)有平行于軸線的外加勻強(qiáng)磁場(chǎng),以圖中箭頭所示方向?yàn)檎较?螺線管與導(dǎo)線框abcd相連,導(dǎo)線框內(nèi)有一金屬圓環(huán)L,圓環(huán)與導(dǎo)線框在同一平面內(nèi).當(dāng)螺線管內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間按圖3-乙所示規(guī)律變化時(shí)( ).

圖3

A 在t1～t2時(shí)間內(nèi),L有收縮趨勢(shì);

B 在t2～t3時(shí)間內(nèi),L有擴(kuò)張趨勢(shì);

C 在t2～t3時(shí)間內(nèi),L內(nèi)有逆時(shí)針?lè)较虻母袘?yīng)電流;

D 在t3～t4時(shí)間內(nèi),L內(nèi)有順時(shí)針?lè)较虻母袘?yīng)電流

由題意可知在t1～t2時(shí)間內(nèi)外加磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度逐漸增加且斜率也在增加,則在導(dǎo)線框中產(chǎn)生沿順時(shí)針?lè)较虼笮≡黾拥碾娏?該變化的電流產(chǎn)生磁感應(yīng)強(qiáng)度不斷增加的磁場(chǎng),該磁場(chǎng)通過(guò)圓環(huán),在圓環(huán)內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流.根據(jù)結(jié)論“增縮減擴(kuò)”可以判定圓環(huán)有收縮趨勢(shì),故選項(xiàng)A正確.在t2～t3時(shí)間內(nèi)外加磁場(chǎng)均勻變化,在導(dǎo)線框中產(chǎn)生穩(wěn)定電流,該電流激發(fā)出穩(wěn)定磁場(chǎng),該磁場(chǎng)通過(guò)圓環(huán)時(shí),圓環(huán)中沒(méi)有感應(yīng)電流,故選項(xiàng)B、C錯(cuò)誤.在t3～t4時(shí)間內(nèi)外加磁場(chǎng)向下減小且斜率也減小,在導(dǎo)線框中產(chǎn)生沿順時(shí)針?lè)较驕p小的電流,該電流激發(fā)出向內(nèi)減小的磁場(chǎng),故圓環(huán)內(nèi)產(chǎn)生順時(shí)針?lè)较虻碾娏?故選項(xiàng)D正確.

在定性分析物理圖象時(shí)要明確圖象中的橫軸與縱軸所代表的物理量,要弄清圖象的物理意義,借助相關(guān)的物理概念、公式、定理、結(jié)論作出分析和判斷.

3 變圖能力

例3 如圖4,一個(gè)菱形的導(dǎo)體線框沿對(duì)角線AC勻速運(yùn)動(dòng),穿過(guò)具有一定寬度的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)城,已知AC長(zhǎng)度為磁場(chǎng)寬度的2倍且與磁場(chǎng)邊界垂直.下面對(duì)線框中感應(yīng)電流隨時(shí)間交化的圖象(電流以ABCD順序流向?yàn)檎较?從C點(diǎn)進(jìn)入磁場(chǎng)開(kāi)始計(jì)時(shí))正確的是( ).

圖4

從剛進(jìn)入到完全離開(kāi)時(shí)間設(shè)為3T,則在第1個(gè)T為進(jìn)入過(guò)程,由圖5-甲知有效長(zhǎng)度MN在均勻增大,電動(dòng)勢(shì)?在不斷增大,總電阻不變,感應(yīng)電流也在不斷增大.在第2個(gè)T內(nèi)如圖5-乙所示,有效長(zhǎng)度MN＞PQ,MN均勻減小,PQ均勻增大,當(dāng)MN＝PQ時(shí)切割磁感線的有效長(zhǎng)度最小為0,之后MN＜PQ,MN均勻減小,PQ均勻增大,反向電動(dòng)勢(shì)在增大.在第3個(gè)T內(nèi)如圖5-丙所示,即離開(kāi)過(guò)程只剩下PQ在均勻減小,所以反向電動(dòng)勢(shì)在減小,反向電流在減小.所以答案為選項(xiàng)B.

圖5

處理有關(guān)圖象變換問(wèn)題時(shí),要先讀懂已知圖象表示的物理規(guī)律或物理過(guò)程,再逐一對(duì)變換過(guò)程進(jìn)行分析,從而探究出變化規(guī)律,進(jìn)而解答.

通過(guò)以上分析,希望可以幫助同學(xué)們形成一個(gè)自己解決問(wèn)題的方法,從而能達(dá)到靈活解決問(wèn)題的目的.

(作者單位:山東省濟(jì)南市長(zhǎng)清中學(xué))