2025年高考物理:图像专题 专题07电磁感应中的图像问题(共10种图像类型)-学案原卷版
展开知识梳理
知识点一、电磁感应中的图像问题
1. 三点关注
(1)关注初始时刻,如初始时刻感应电流是否为零,是正方向还是负方向.
(2)关注变化过程,看电磁感应发生的过程分为几个阶段,这几个阶段是否和图象变化相对应.
(3)关注大小、方向的变化趋势,看图线斜率的大小、图线的曲直是否和物理过程对应.
2.两个方法
(1)排除法:定性地分析电磁感应过程中物理量的变化趋势(增大还是减小)、变化快慢(均匀变化还是非均匀变化),特别是物理量的正负,排除错误的选项.
(2)函数法:根据题目所给条件定量地写出两个物理量之间的函数关系,然后由函数关系对图象作出分析和判断,这未必是最简捷的方法,但却是最有效的办法.
知识点二、其他图像问题
1.基本思路
(1)解读图象的坐标轴,理清横轴和纵轴代表的物理量和坐标点的意义.
(2)解读图象的形状、斜率、截距和面积信息.
2.解题技巧
(1)应用解析法和排除法,两者结合提高选择题图象类题型的解题准确率和速度.
(2)分析转折点、两图线的交点、与坐标轴交点等特殊点和该点前后两段图线.
(3)分析图象的形状变化、斜率变化、相关性等.
题型归类
类型1 由固定不动线框中的B随时间变化图讨论I-t图或F-t图问题
1.(2023春•广东期中)如图甲所示,矩形导线框abcd放在匀强磁场中静止不动,磁场方向与线框平面垂直,磁感应强度B随时间t变化的图像如图乙所示。设t=0时刻,磁感应强度的方向垂直纸面向里,则在0~4s时间内,选项图中能正确反映线框cd边所受的安培力F随时间t变化的图像是(规定cd边所受的安培力向左为正)( )
A.B.
C.D.
2.(2023•北京开学)如图甲所示,一闭合金属圆环处在垂直圆环平面的匀强磁场中。若磁感应强度B随时间t按如图乙所示的规律变化,设图中磁感应强度垂直圆环平面向里为正方向,环中感应电流沿顺时针方向为正方向。则环中电流随时间变化的图像可能是下图中的( )
A.B.
C.D.
3.(2023春•扬州期中)如图甲所示,在竖直方向的匀强磁场中,水平放置一圆形导体环。规定导体环中电流逆时针方向(从上往下看)为正方向,磁场向上为正方向。当磁感应强度B随时间t按乙图变化时,导体环中感应电流随时间变化的图像可能正确的是( )
A.B.
C.D.
4.(2023•海淀区校级三模)矩形导线框abcd放在匀强磁场中,在外力控制下处于静止状态,如图甲所示。磁感线方向与导线框所在平面垂直,磁感应强度B随时间变化的图像如图乙所示。t=0时刻,磁感应强度的方向垂直导线框平面向里,在0~4s时间内,流过导线框的电流(规定顺时针方向为正方向)与导线框ad边所受安培力随时间变化的图像(规定以向左为安培力正方向)可能是图中的( )
A.B.
C.D.
类型2 线框运动穿过单一磁场讨论I-t图问题
5.(2023秋•五华区校级期中)形状如图所示闭合导线框abcde从图示位置开始以垂直ab边和磁感线的速度v匀速穿过匀强磁场区域,图中L1<L2=L3,匀强磁场方向垂直纸面向里。规定顺时针方向为线框中感应电流的正方向,则下图中导线框内感应电流i随时间t变化的图像正确的是( )
A.B.
C.D.
6.(2023春•珠海期末)如图所示,在光滑的水平面上,有一个粗细均匀的单匝正方形闭合线框abcd,t=0线框在水平外力的作用下,从静止开始向右始终做匀加速直线运动,bc边刚进入磁场的时刻为t1,ad边刚进入磁场的时刻为t2,设线框中通过的磁通量为Φ,产生的感应电流的大小为i,则Φ、i随时间t变化关系图像正确的是( )
A.B.
C.D.
7.(2023春•平罗县校级期末)如图所示,一边长为L的正方形导线框,匀速穿过宽为2L、方向垂直于纸面向里的匀强磁场区域。线框刚进入磁场的时刻记为t=0时刻,则下列图像能正确反映线框中的感应电流i随时间t变化规律的是(规定线框中的电流沿逆时针方向为正)( )
A.B.
C.D.
类型3 线框运动穿过多磁场区域讨论I-t图问题
8.(2023春•临沂期末)如图所示,MNPQ是菱形区域,MP长为2L,QN长为L,在其由对角线QN划分的两个三角形区域内充满磁感应强度大小相等、方向相反的匀强磁场。边长为L的正方形导线框,在外力作用下水平向左匀速运动,线框左边始终与QN平行。设导线框中感应电流i逆时针流向为正。若t=0时左边框与P点重合,则导线框穿过磁场区域的过程中。下列i﹣t图像正确的是( )
A.B.
C.D.
9.(2023•菏泽一模)如图所示,MNQP是边长为L和2L的矩形,在其由对角线划分的两个三角形区域内充满磁感应强度大小相等、方向相反的匀强磁场。边长为L的正方形导线框,在外力作用下水平向左匀速运动,线框左边始终与MN平行。设导线框中感应电流i逆时针流向为正。若t=0时左边框与PQ重合,则左边框由PQ运动到MN的过程中,下列i﹣t图像正确的是( )
A.B.
C.D.
类型4 线框在恒力作用下穿过磁场区域的u-x/i-x图
10.(2022秋•麒麟区校级期末)将粗细均匀的直导线弯折为导线框abcdef;各边长度如图所示,使线框以速度v匀速通过图示的匀强磁场区域,磁场宽度为2L,磁感应强度为B,从bc边进入磁场左边界开始计时,则在线框通过磁场的过程中,ab段导线的电压Uab与线框移动距离x的关系,正确的是( )
A.B.
C.D.
(多选)11.(2022秋•香坊区校级期末)如图所示,空间分布着宽为L,方向垂直于纸面向里的匀强磁场。一金属线框从磁场左边界匀速向右通过磁场区域。规定顺时针方向为电流的正方向,则感应电流随位移变化的关系图像(i﹣x)、ab两端电势差随位移变化的关系图像(Uab﹣x),可能正确的是( )
A.B.
C.D.
类型5 断电自感电路中的i-t图
12.(2023秋•浙江期中)电流传感器在电路中相当于电流表,可以用来研究自感现象。在如图所示的实验电路中,L是自感线圈,其自感系数足够大,而直流电阻值小于灯泡D的阻值,电流传感器的电阻可以忽略不计。在t=0时刻闭合开关S,经过一段时间后,在t=t1时刻断开开关S。在下列表示电流传感器记录的电流随时间变化情况的图像中,可能正确的是( )
A.B.
C.D.
13.(2023春•青岛期中)如图甲所示的电路中,已知电源电动势E和内阻r,灯泡电阻为R。闭合开关S后,流过两个电流传感器的I﹣t图像如图乙所示。下列说法正确的是( )
A.开关S闭合的瞬间,自感线圈中的自感电动势和电流均为零
B.若断开开关S,则断开瞬间小灯泡D先闪亮再熄灭
C.电源电动势E=I1I22I2-I1R
D.电源内阻r=I1+I22I2-I1R
类型6 螺线管中外加磁场B-t图讨论另一金属环的电流及其收缩问题
14.(2023•东城区校级三模)在匀强磁场中放置一个金属圆环,磁场方向与圆环平面垂直。规定图1所示磁场方向为正。当磁感应强度B随时间t按图2所示的正弦规律变化时,下列说法正确的是( )
A.t2时刻,圆环中无感应电流
B.t3时刻,圆环上各点受到的安培力最大
C.t1~t3时间内,圆环中感应电流方向始终沿顺时针方向
D.t2~t4时间内,圆环先出现扩张趋势后出现收缩趋势
15.(2023春•日照期中)如图甲所示,水平桌面上固定的闭合金属线圈处于磁感应强度为B的磁场中,磁感应强度B随时间t变化的关系如图乙所示。设磁场垂直桌面向上为正方向,则金属线圈中感应电流的方向(从上向下看)( )
A.0~t1的时间内为逆时针方向
B.t1~t2的时间内为顺时针方向
C.t2~t3的时间内为顺时针方向
D.t3~t4的时间内为顺时针方向
类型7 螺线管中外加磁场i-t图讨论另一金属环的电流及其收缩问题
16.(2023春•鼓楼区校级期中)如图(a)所示,两个闭合圆形线圈A、B的圆心重合,放在同一水平面内,线圈A中通以如图(b)所示的交变电流,t=0时电流方向为顺时针(如图箭头所示),在t1~t2时间段内,对于线圈B,下列说法中正确的是( )
A.线圈B内有逆时针方向的电流,线圈有扩张的趋势
B.线圈B内有逆时针方向的电流,线圈有收缩的趋势
C.线圈B内有顺时针方向的电流,线圈有收缩的趋势
D.线圈B内有顺时针方向的电流,线圈有扩张的趋势
17.(2023春•湖北期中)如图甲所示,水平桌面上固定着一根绝缘的长直导线,矩形导线框abcd靠近长直导线静止放在桌面上。当长直导线中的电流按图乙所示的规律变化时(图甲中电流所示的方向为正方向),则( )
A.t1到t2时间内,线框内电流的方向为abcda,线框受力向左
B.t2到t3时间内,线框内电流的方向为abcda,线框受力向左
C.在t2时刻,线框内电流的方向为abcda,线框受力向右
D.在t3时刻,线框内电流最大,线框受力最大
类型8 电磁感应B-t图综合问题
18.(2023春•大余县期中)如图(a),圆形金属框内有如图(b)所示周期性变化的磁场(规定垂直纸面向里为磁场的正方向),导线上c、d间接有定值电阻R,则流过电阻R的电流随时间变化的图像正确的是( )
A.B.
C.D.
19.(2023春•天河区校级期中)如图甲所示,光滑导轨水平放置在与水平方向成60°角斜向下的匀强磁场中,匀强磁场的磁感应强度B随时间t的变化规律如图乙所示(规定斜向下为正方向),导体棒ab垂直导轨放置,除电阻R的阻值外,其余电阻不计,导体棒ab在水平外力作用下始终处于静止状态。规定a→b的方向为电流的正方向,水平向右的方向为外力的正方向,斜向右下方为安培力的正方向,则在0~t1时间内,能正确反映电阻R的热功率P、流过导体棒ab的电流i、导体棒ab所受水平外力F及安培力FA随时间t变化的图像正确的是( )
A.B.
C.D.
20.(2022秋•青浦区校级期末)如图甲所示,单匝矩形线圈abcd垂直固定在匀强磁场中,规定垂直纸面向里为磁感应强度的正方向,磁感应强度随时间变化的规律如图乙所示。以向下方向为安培力正方向,下列关于bc段导线受到的安培力F随时间变化的图像正确的是( )
A.B.
C.D.
类型9 电磁感应中导体棒切割磁场v-x/v-t图的综合应用
21.(2023春•扬州期中)如图甲所示,abcd是位于竖直平面内的正方形闭合金属线框,金属线框的质量为m,电阻为R,在金属线框的下方有一匀强磁场区域,MN和PQ是匀强磁场区域的水平边界,并与线框的bc边平行,磁场方向垂直于线框平面向里。现使金属线框从MN上方某一高度处由静止开始下落,如图乙是金属线框由开始下落到bc刚好运动到匀强磁场PQ边界的v﹣t图像,图乙中数据均为已知量。重力加速度为g,不计空气阻力。下列说法正确的是( )
A.金属线框刚进入磁场时感应电流方向沿adcba方向
B.金属线框的边长v1(t2﹣t1)
C.MN和PQ之间的距离为v1(t2﹣t1)
D.磁场的磁感应强度为mgRv1
(多选)22.(2023•北碚区模拟)如图甲,绝缘水平面上有一“∠”型光滑金属导轨,Oa与Ob夹角为45°;将质量为m的长直导体棒PQ放在导轨上并与Oa垂直,除轨道Ob上的电阻R外,其余电阻不计,导体棒与导轨接触良好。空间存在垂直于导轨平面的匀强磁场,磁感应强度为B。t=0时刻导体棒与O点间的距离为2L,棒在外力作用下,向左做直线运动,其速度的倒数1v随位移x变化的关系如图乙所示,导体棒从PQ向左运动距离L到达MN的过程中( )
A.流过导体棒的电流恒为BLv0R
B.导体棒运动的时间为4L3v0
C.通过回路的电荷量为2BL2R
D.外力做功为3B2L3v02R+3mv028
类型10 电磁感应图像综合问题
23.(2022秋•宿迁期末)如图所示,倾斜放置的光滑平行足够长的金属导轨MN、PQ间静置一根质量为m的导体棒,阻值为R的电阻接在M、P间,其它电阻忽略不计,磁感应强度为B的匀强磁场垂直导轨平面向下。t=0时对导体棒施加一个沿导轨平面向上的力F,使得导体棒能够从静止开始向上做匀加速直线运动,则在导体棒向上运动的过程中,施加的力F、力F的功率P、产生的感应电流I、电阻R上产生的热量Q随时间变化的图像正确的是( )
A.B.
C.D.
24.(2022秋•海门市期末)如图两条平行绝缘轨道固定在水平面上,其间连续分布着竖直向下和竖直向上的等大的匀强磁场,磁场宽度相等,一矩形金属线框放置在导轨上方,其长宽恰好等于导轨的间距和磁场的宽度,电阻一定,当磁场开始向右匀速时,已知线框移动的过程中所受摩擦阻力恒定,则下列关于线框的速度v、电流i的大小及穿过线框的电荷量q随时间t的变化v﹣t、i﹣t、q﹣t图像、线框产生的焦耳热Q随线框位移x的变化Q﹣x图像中可能正确的是( )
A.B.
C.D.
25.(2022秋•重庆期末)如图甲所示,光滑平行金属导轨MN、PQ所在平面与水平面成θ角,M、P两端接有阻值为R的定值电阻,阻值为r的金属棒ab垂直导轨放置,其他部分电阻不计,整个装置处在磁感应强度为B的匀强磁场中,磁场方向垂直导轨平面向上。从t=0时刻开始棒受到一个平行于导轨向上的外力F,由静止开始沿导轨向上运动,运动中棒始终与导轨垂直,且接触良好,通过R的感应电流随时间t变化的图像如图乙所示。下面分别给出了穿过回路abPM的磁通量Φ、磁通量的变化率ΔΦΔt、棒两端的电势差Uab和通过棒的电荷量q随时间变化的图像,其中正确的是( )
A.B.
C.D.
26.(2022秋•海淀区校级期末)矩形导线框abcd放在匀强磁场中,在外力控制下处于静止状态,如图(甲)所示.磁感线方向与导线框所在平面垂直,磁感应强度B随时间变化的图象如图(乙)所示。t=0时刻,磁感应强度的方向垂直导线框平面向里,在0~4s时间内,导线框中感应电流随时间变化(规定以顺时针为正方向)和ad边所受安培力随时间变化的图象(规定以向左为安培力正方向)正确的是图中的( )
A.B.
C.D.
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