电磁感应图像问题

1电磁感应中的图像问题1.如图甲所示，两平行虚线间的区域内存在着匀强磁场，较小的矩形导体线圈abcd的ad边与磁场边界重合。线圈匀速向右运动，穿过磁场区域。线圈的每一边的电阻均为R。那么，如何用图象定性地表示出线圈中的感应电流随时间变化的规律呢?线圈中的bc两点间的电压随时间变化的规律该如何表示呢?如果线圈是一个如图乙那样的三角形abc的，其他条件仍然不变，那么线圈中感应电流随时间变化的规律又该如何表示呢?图甲图乙2.一闭合线圈固定在垂直于纸面的匀强磁场中，设向里为磁感应强度B的正方向，线圈中的箭头为感应电流i的正方向，如图(甲)所示。已知线圈中感应电流i随时间而变化的图象如图(乙)所示。则磁感应强度B随时间t而变化的图象可能是图(丙)中的哪(几)个?23.如图所示，两根平行光滑导电轨道竖直放置，处于垂直轨道平面的匀强磁场中，金属杆ab接在两导轨间，在开关S断开时让金属杆自由下落，金属杆下落的过程中始终保持与导轨垂直并与之接触良好。设导轨足够长且电阻不计，闭合开关S并开始计时，金属杆ab的下落速度随时间变化的图象可能是以下四个图中的()4.如图(甲)所示，面积为闭合线圈共100匝，总电阻为15.0，放在匀强磁场中。磁场方向垂直于线圈平面，磁场的磁感应强度B随时间t的变化图象如图(乙)所示，在t＝0时刻磁场方向垂直纸面向外。在1min内线圈发出的热量为______J。5.一个100匝的闭合线圈，所围的面积为100cm2，线圈的总电阻为0.1，处在磁感应强度B按如图所示规律变化的匀强磁场中，磁场的方向与线圈平面垂直。则在0～1.0s内，通过线圈导线横截面的电荷量为______C；在0～3.0s内，通过线圈导线横截面的电荷量为______C。31．一个圆形线圈位于一随时间t变化的匀强磁场内，磁场方向垂直线圈所在的平面(纸面)，如图(甲)所示，磁感应强度B随时间t变化的规律如图(乙)所示。下列关于感应电流的大小和方向的判断，正确的是()A．t3时刻的感应电流最大B．t4时刻的感应电流最大C．t1和t2时刻感应电流方向相同D．t2和t4时刻感应电流方向相同2．如图(甲)所示，在水平绝缘的桌面上，一个用电阻丝构成的闭合矩形线框置于匀强磁场中，线框平面与磁场垂直，磁感应强度B随时间t的变化关系如图(乙)所示。下图中分别是线框中的感应电流i随时间t变化的图线和ab边受到的安培力F随时间t变化的图线，其中可能正确的是()3．如图所示，一个边长为l的正方形虚线框内有垂直于纸面向里的匀强磁场；一个边长也为l的正方形导线框所在平面与磁场方向垂直；虚线框对角线ab与导线框的一条边垂直，ba的延长线平分导线框。在t＝0时，使导线框从图示位置开始以恒定速度沿ab方向移动，直到整个导线框离开磁场区域。以i表示导线框中感应电流的强度，取逆时针方向为正。下列表示i—t关系的图示中，可能正确的是()44．在PQ、QR区域中存在着磁感应强度大小相等、方向相反的匀强磁场，磁场方向均垂直于纸面。一导线框abcdefa位于纸面内，框的邻边都互相垂直，bc边与磁场的边界P重合。导线框与磁场区域的尺寸如图所示。从t＝0时刻开始，线框匀速向右穿过两个磁场区域，以a→b→c→d→e→f为线框中的电动势E的正方向，以下四个E－t关系示意图中正确的是()5．如图所示，在与水平面成角的矩形框架abcd范围内有垂直框架向上的匀强磁场，磁感强度为B，框架ad和bc的电阻不计，ab和cd的电阻均为R，长度为L。一根质量为m、电阻为2R的金属棒无摩擦地平行ab沿框架冲上框架，上升的最大高度为h(未出框架)，在此过程中ab上共产生热量Q。求ab发热的最大功率。6．如图所示，两根平行金属导轨固定在水平面上，每根导轨每米的电阻为0.1/m，5导轨的端点P、Q用电阻可以忽略的导线相连接，两导轨间的距离l＝0.20m，有随时间变化的匀强磁场垂直于水平面，已知磁感应强度B与时间的关系为B＝kt，比例系数k＝0.02T/s，一电阻不计的金属杆可在导轨上无摩擦的滑动，在滑动过程中保持与金属导轨垂直，在t＝0时刻，金属杆紧靠在P、Q端，在外力作用下，杆以恒定的加速度从静止开始向导轨的另一端滑动，求在t＝6.0s时金属杆所受的安培力。7．t＝0时，磁场在xOy平面内的分布如图所示。其磁感应强度的大小均为B0，方向6垂直于xOy平面，相邻磁场区域的磁场方向相反。每个同向磁场区域的宽度均为l0。整个磁场以速度v沿x轴正方向匀速运动。若在磁场所在区间的xOy平面内放置一由n匝线圈串联而成的矩形导线框abcd，线框的bc边平行于x轴。bc＝l0、ab＝L，总电阻为R，线框始终保持静止。求(1)线框中产生的感应电流。(2)线框所受安培力的大小和方向。(3)该运动的磁场可视为沿x轴传播的波，设垂直于纸面向外的磁场方向为正，画出t＝0时磁感应强度的波形图，并求波长和频率f。8．如图所示，竖直平面内有一半径为r、电阻为R1、粗细均匀的光滑半圆形金属环，7在M、N处与相距为2r、电阻不计的平行光滑金属轨道ME、NF相接，EF之间接有电阻R2，已知R1＝12R，R2＝4R。在MN上方及CD下方有水平方向的匀强磁场I和Ⅱ，磁感应强度大小均为B。现有质量为m、电阻不计的导体棒ab，从半圆环的最高点A处由静止下落，在下落过程中导体棒始终保持水平，与半圆形金属环及轨道接触良好，设平行轨道足够长。已知导体棒ab下落r/2时的速度大小为v1，下落到MN处的速度大小为v2。(1)求导体棒ab从A下落r/2时的加速度大小。(2)若导体棒ab进入磁场Ⅱ后棒中电流大小始终不变，求磁场I和Ⅱ之间的距离h和R2上的电功率P2。(3)若将磁场Ⅱ的CD边界略微下移，导体棒ab刚进入磁场Ⅱ时速度大小为v3，要使其在外力F作用下做匀加速直线运动，加速度大小为a，求所加外力F随时间变化的关系式。9.平行轨道PQ、MN两端各接一个阻值R1=R2=8Ω的电热丝，轨道间距L=1m,轨道8很长，本身电阻不计，轨道间磁场按如图所示的规律分布，其中每段垂直纸面向里和向外的磁场区域宽度为2cm，磁感应强度的大小均为B=1T，每段无磁场的区域宽度为1cm，导体棒ab本身电阻r=1Ω，与轨道接触良好，现让ab以v=10m/s的速度向右匀速运动．求：(1)当ab处在磁场区域时，ab中的电流为多大？ab两端的电压为多大？ab所受磁场力为多大？(2)整个过程中，通过ab的电流是否是交变电流？若是，则其有效值为多大？并画出通过ab的电流随时间的变化图象．9【解】(1)感应电动势E=BLv=10V,ab中的电流I=rRE12=2A,ab两端的电压为U=IR12=8V,ab所受的安培力为F=BIL=2N，方向向左．(2)是交变电流，ab中交流电的周期T=2vd1+2vd2=0.006s，由交流电有效值的定义，可得I2R(2vd1)=有效I2RT，即AI362有效。通过ab的电流随时间变化图象如图所示．题型特点：在电磁感应现象中，回路产生的感应电动势、感应电流及磁场对导线的作用力随时间的变化规律，也可用图象直观地表示出来．此问题可分为两类(1)由给定的电磁感应过程选出或画出相应的物理量的函数图像;(2)由给定的有关图像分析电磁感应过程,确定相关的物理量.解题的基本方法：解决图象类问题的关键是分析磁通量的变化是否均匀，从而判断感应电动势（电流）或安培力的大小是否恒定，然后运用楞次定律或左手定则判断它们的方向,分析出相关物理量之间的函数关系,确定其大小和方向及在坐标在中的范围例7.在竖直向上的匀强磁场中，水平放置一个不变形的单匝金属圆线圈，规定线圈中感10应电流的正方向如图24所示，当磁场的磁感应强度B随时间t如图变化时，在图中正确表示线圈感应电动势E变化的是（）【解析】：在第1s内，由楞次定律可判定电流为正，其产生的感应电动势E1＝StBt1111，在第2s和第3s内，磁场B不变化，线圈中无感应电流，在第4s和第5s内，B减小，由楞次定律可判定，其电流为负，产生的感应电动势E1＝StBt2222，由于ΔB1＝ΔB2，Δt2＝2Δt1，故E1＝2E2，由此可知，A选项正确.例8.如图甲所示，由均匀电阻丝做成的正方形线框abcd的电阻为R,ab=bc=cd=da=l，现BIBt/sO2345E2E0E0-E0-2E0O12345t/sE2E0E0-E0-2E0O12345t/sE2E0E0-E0-2E0O12345t/sE2E0E0-E0-2E0O12345t/sABCD11将线框以与ab垂直的速度v匀速穿过一宽度为2l、磁感应强度为B的匀强磁场区域，整个过程中ab、cd两边始终保持与边界平行，令线框的cd边刚与磁场左边界重合时t=0，电流沿abcda流动的方向为正．(1)求此过程中线框产生的焦耳热；(2)在图乙中画出线框中感应电流随时间变化的图象；(3)在图丙中画出线框中a、b两点间电势差Uab随时间t变化的图象．解：（1）ab或cd切割磁感线所产生的感应电动势为BlvE，对应的感应电流为RBlvREI,ab或cd所受的安培RvlBBIlF22．外力所做的功为W=RvlBFl3222，由能的转化和守恒定律可知，线框匀速拉出过程中所产生的焦耳热应与外力所做的功相等，即Q=W=RvlB322。(2)今RBlvI0，画出的图象分为三段，如图所示：t=0～0,Iivl；t=vl～0,2Iivl；t=vl2～0,3Iivl。(3)今U0=Blv,画出的图象分为三段，如图所示：t=0～4444,0UBlvERREuvlab；t=vl～0,2UBlvuvlab；12t=vl2～,3vl434343430UBlvERREuab6.如图所示，LOO’L’为一折线，它所形成的两个角∠LOO’和∠OO’L‘均为450。折线的右边有一匀强磁场，其方向垂直OO’的方向以速度v做匀速直线运动，在t=0时刻恰好位于图中所示的位置。以逆时针方向为导线框中电流的正方向，在下面四幅图中能够正确表示电流—时间（I—t）关系的是（时间以l/v为单位）（）08东城一模16．如图a所示，虚线上方空间有垂直线框平面的匀强磁场，直角扇形导线框绕垂直于线框平面的轴O以角速度ω匀速转动。设线框中感应电流方向以逆时针为正，那么在图b中能正确描述线框从图a中所示位置开始转动一周的过程中，线框内感应电流随时间变化情况的是（）08东城二模19．如图所示，固定在水平桌面上的光滑金属框架cdeg处于方向竖直向下的匀强磁场中，金属杆ab与金属框架接触良好。在两根导轨的端点d、e之间连接一个图aωOB图bi0tAi0tBi0tCi0tD13电阻R，其他部分电阻忽略不计。现用一水平向右的外力F作用在金属杆ab上，使金属杆由静止开始向右在框架上滑动，运动过程中杆ab始终垂直于框架。右图为一段时间内金属杆中的电流I随时间t的变化关系，则下图中可以表示外力F随时间t变化关系的图象是（）09东城一模20．某空间中存在一个有竖直边界的水平方向匀强磁场区域，现将一个等腰梯形闭合导线圈，从图示位置垂直于磁场方向匀速拉过这个区域，尺寸如图所示，下图中能正确反映该过程线圈中感应电流随时间变化的图象是（）09西城二模20．如图所示，空间有I和II两个有理想边界、宽度都为L的匀强磁场区域，磁感应强度大小均为B，方向如图所示。abcd是由均匀电阻丝做成的边长为L的正ctOIgeRbadbBbDCBtOFtOFtOFtOX/x/yOY/x/yFA14方形线框，每边电阻均为R。线框以垂直磁场边界的速度v水平向右匀速穿过两磁场区域。线框平面与磁感线垂直，且bc边始终与磁场边界平行。设线框刚进入I区的位置x=0，x轴沿水平方向向右，从bc边刚进入I区到ad边离开II区的过程中，ab两端电势差Uab随距离变化的图象正确的是（图中U0=BLv）（）3.（08上海卷）如图所示，平行于y轴的导体棒以速度v向右匀速直线运动，经过半径为R、磁感应强度为B的圆形匀强磁场区域，导体棒中的感