福建省福鼎市第一中學(xué)(355200)
鄭行軍●
電磁感應(yīng)圖象問(wèn)題的歸類分析
福建省福鼎市第一中學(xué)(355200)
鄭行軍●
電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的圖象問(wèn)題是歷年高考的熱點(diǎn),其中涉及磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁通量、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流等物理量隨時(shí)間變化的圖象.對(duì)于這類問(wèn)題學(xué)生往往感覺(jué)非常棘手,其主要原因不在電磁感應(yīng)本身,而在于圖象,識(shí)圖是考生必須具備的一個(gè)能力,為此筆者做了歸類探究,旨在提升學(xué)生的解題能力.
動(dòng)生類;感生類;物理意義;函數(shù)關(guān)系
電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的圖象問(wèn)題是歷年高考的熱點(diǎn),其中常涉及磁感應(yīng)強(qiáng)度B、磁通量Φ、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E、感應(yīng)電流I、功率P、熱量Q、安培力F安或外力F外隨時(shí)間t變化的圖象,即B-t圖、Φ-t圖、E-t圖、I-t圖、F-t圖等等;對(duì)于切割磁感線的情況,還會(huì)涉及物理量隨位移x變化的圖象,即E-x、I-x、P-x、F-x圖等.處理這類問(wèn)題的思路是首先要認(rèn)清是什么圖象,弄清圖象的物理意義,其次要分清階段,然后對(duì)每個(gè)階段的導(dǎo)體切割情況或回路磁通量變化情況進(jìn)行詳細(xì)分析,并進(jìn)一步確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、感應(yīng)電流等的大小和方向的變化特點(diǎn),從而分析其它物理量隨位移x或時(shí)間t的變化規(guī)律.本文就中學(xué)階段可能構(gòu)建的題型進(jìn)行整理和歸類,并提供相應(yīng)的解題策略.
題型一:動(dòng)生類問(wèn)題
題型分析 此類題目主要研究單桿、雙桿或?qū)w框等切割磁感線產(chǎn)生的圖象問(wèn)題.
2. 在圖象中E、I、F等物理量的方向是通過(guò)正負(fù)值來(lái)反映,畫圖象時(shí)要注意橫、縱坐標(biāo)的單位長(zhǎng)度定義或表達(dá).
3. 若分析桿類模型切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向時(shí),可利用右手定則進(jìn)行處理;若分析導(dǎo)體框切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向時(shí),可利用右手定則也可利用楞次定律進(jìn)行處理.
4.若圖象橫坐標(biāo)為時(shí)間t,可在原解題思路的基礎(chǔ)上,利用運(yùn)動(dòng)學(xué)公式找出位移x、速度v和時(shí)間t的函數(shù)關(guān)系,將物理量與位移x、速度v的關(guān)系轉(zhuǎn)化成物理量與時(shí)間t的關(guān)系,進(jìn)而表示出相應(yīng)的圖象.
圖1
圖2
圖3
例2 如圖3甲所示,兩固定的豎直光滑金屬導(dǎo)軌足夠長(zhǎng)且電阻不計(jì).兩質(zhì)量、長(zhǎng)度均相同的導(dǎo)體棒ab、cd,置于邊界水平的勻強(qiáng)磁場(chǎng)上方同一高度h處.磁場(chǎng)高度為2h,磁場(chǎng)方向與導(dǎo)軌平面垂直.先由靜止釋放ab并開始計(jì)時(shí),在t0時(shí)刻ab進(jìn)入磁場(chǎng)并剛好做勻速直線運(yùn)動(dòng),此時(shí)再靜止釋放cd,兩導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌始終垂直并保持良好接觸,用v表示ab的速度,Ek表示cd的動(dòng)能,x表示cd相對(duì)釋放點(diǎn)的位移.圖4中正確的是( ).
圖4
解析ab棒在未進(jìn)入磁場(chǎng)前做自由落體運(yùn)動(dòng),加速度為重力加速度;ab棒進(jìn)入磁場(chǎng)后,cd棒開始做自由落體運(yùn)動(dòng),在cd棒進(jìn)入磁場(chǎng)前的這段時(shí)間內(nèi),ab棒做勻速運(yùn)動(dòng),加速度為零運(yùn)動(dòng)了2h;故cd棒進(jìn)入磁場(chǎng)同時(shí)ab棒恰好離開磁場(chǎng),而且ab棒出磁場(chǎng)后不再受安培力,也只受重力,故選項(xiàng)B正確,選項(xiàng)A錯(cuò);cd棒自開始下落到h的過(guò)程中,只受重力,動(dòng)能與位移的關(guān)系是線性的,在ab棒出磁場(chǎng)后,cd棒切割磁感線且受到與重力等大的安培力,故在磁場(chǎng)中做勻速直線運(yùn)動(dòng)了2h,cd棒出磁場(chǎng)后,只受重力,Ek-x圖像中的關(guān)系又是線性的,且斜率與最初相同,均等于重力,故選項(xiàng)C正確,選項(xiàng)D錯(cuò)誤.答案:BC
題型二:感生類問(wèn)題
題型分析 此類題目主要研究磁場(chǎng)變化產(chǎn)生的圖象問(wèn)題
2. 在圖象中E、I、F等物理量的方向是通過(guò)正負(fù)值來(lái)反映.
3. 在分析磁場(chǎng)變化產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向時(shí),可利用楞次定律進(jìn)行判斷分析
圖5
例3 如圖5所示,線圈ABCD固定在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)方向垂直紙面向外.當(dāng)磁場(chǎng)變化時(shí),發(fā)現(xiàn)線圈AB邊受安培力方向水平向右且恒定不變,則磁場(chǎng)的變化情況可能是下圖6中的( ).
圖6
例4 如圖7甲,R0為定值電阻,兩金屬圓環(huán)固定在同一絕緣平面內(nèi).左端連接在一周期為T0的正弦交流電源上,經(jīng)二極管整流后,通過(guò)R0的電流i始終向左,其大小按圖8所示規(guī)律變化.規(guī)定內(nèi)圓環(huán)a端電勢(shì)高于b端時(shí)的電壓為uab正,下列uab-t圖像可能正確的是圖9中的( ).
圖9
解析 在第一個(gè)0.25T0時(shí)間內(nèi),通過(guò)大圓環(huán)的電流為順時(shí)針增加的,由楞次定律可判斷內(nèi)球內(nèi)a端電勢(shì)高于b端,因電流的變化率逐漸減小故內(nèi)環(huán)的電動(dòng)勢(shì)逐漸減小,同理可知,在0.25T0~0.5T0時(shí)間內(nèi),通過(guò)大圓環(huán)的電流為瞬時(shí)針逐漸減??;則由楞次定律可知,a環(huán)內(nèi)電勢(shì)低于b端,因電流的變化率逐漸變大,故內(nèi)環(huán)的電動(dòng)勢(shì)變大;故只有C正確.答案:C
注:本論文系福建省寧德市基礎(chǔ)教育改革立項(xiàng)課題“中學(xué)物理習(xí)題模型化教學(xué)實(shí)踐探究”階段性研究成果,課題編號(hào):150157
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1008-0333(2017)07-0063-03