以电磁感应图象问题为例谈高考考查要求

2016-12-19山东张传东

高中数理化 2016年23期

关键词：金属棒感应电流圆环

◇ 山东张传东

以电磁感应图象问题为例谈高考考查要求

◇ 山东张传东

图象是分析、解决问题的重要的手段,对图象问题的考查是近些年高考命题的热点,应引起同学们的高度重视.本文以电磁感应图象问题为例,谈谈高考对图象的考查要求.

1 识图能力

例1 (2016年四川卷)如图1,电阻不计、间距为L的光滑平行金属导轨水平放置于磁感应强度为B、方向竖直向下的匀强磁场中,导轨左端接一定值电阻R.质量为m、电阻为r的金属棒MN置于导轨上,受到垂直于金属棒的水平外力F的作用由静止开始运动,外力F与金属棒速度v的关系是F＝F0＋kv(F、k为常量),金属棒与导轨始终垂直且接触良好.金属棒中感应电流为i,受到的安培力大小为F安,电阻R两端的电压为UR,感应电流的功率为P,它们随时间t变化图象可能正确的有( ).

图1

根据牛顿定律可知,某时刻金属棒的加速度为

图2

求解物理图象的选择类问题,可用“排除法”,即排除与题目要求相违背的选项.也可用“对照法”,即按照题目要求画出正确图象,再与选项对照.解决此类问题的关键是把握图象特点、分析相关物理量的关系、物理过程的变化规律及物理状态.

2 用图能力

例2 (2016年上海卷)如图3-甲,螺线管内有平行于轴线的外加匀强磁场,以图中箭头所示方向为正方向.螺线管与导线框abcd相连,导线框内有一金属圆环L,圆环与导线框在同一平面内.当螺线管内磁感应强度B随时间按图3-乙所示规律变化时( ).

图3

A 在t1～t2时间内,L有收缩趋势;

B 在t2～t3时间内,L有扩张趋势;

C 在t2～t3时间内,L内有逆时针方向的感应电流;

D 在t3～t4时间内,L内有顺时针方向的感应电流

由题意可知在t1～t2时间内外加磁场磁感应强度逐渐增加且斜率也在增加,则在导线框中产生沿顺时针方向大小增加的电流,该变化的电流产生磁感应强度不断增加的磁场,该磁场通过圆环,在圆环内产生感应电流.根据结论“增缩减扩”可以判定圆环有收缩趋势,故选项A正确.在t2～t3时间内外加磁场均匀变化,在导线框中产生稳定电流,该电流激发出稳定磁场,该磁场通过圆环时,圆环中没有感应电流,故选项B、C错误.在t3～t4时间内外加磁场向下减小且斜率也减小,在导线框中产生沿顺时针方向减小的电流,该电流激发出向内减小的磁场,故圆环内产生顺时针方向的电流,故选项D正确.

在定性分析物理图象时要明确图象中的横轴与纵轴所代表的物理量,要弄清图象的物理意义,借助相关的物理概念、公式、定理、结论作出分析和判断.

3 变图能力

例3 如图4,一个菱形的导体线框沿对角线AC匀速运动,穿过具有一定宽度的匀强磁场区城,已知AC长度为磁场宽度的2倍且与磁场边界垂直.下面对线框中感应电流随时间交化的图象(电流以ABCD顺序流向为正方向,从C点进入磁场开始计时)正确的是( ).

图4

从刚进入到完全离开时间设为3T,则在第1个T为进入过程,由图5-甲知有效长度MN在均匀增大,电动势ℰ在不断增大,总电阻不变,感应电流也在不断增大.在第2个T内如图5-乙所示,有效长度MN＞PQ,MN均匀减小,PQ均匀增大,当MN＝PQ时切割磁感线的有效长度最小为0,之后MN＜PQ,MN均匀减小,PQ均匀增大,反向电动势在增大.在第3个T内如图5-丙所示,即离开过程只剩下PQ在均匀减小,所以反向电动势在减小,反向电流在减小.所以答案为选项B.