高中物理-电学图像专题
专题06 电磁感应、交流电中的图像(解析版)—高中物理图像与方法
专题06 电磁感应、交流电中的图像目录一.电磁感应中的图像问题综述 (1)二.根据B -t 图像的规律，选择E -t 图像、I -t 图像 (1)三.根据线圈穿越磁场的规律，选择E t -图像、U t -图像、I t -图像或E －x 图像、 (5)U －x 图像和I －x 图像 (5)四.根据自感、互感的规律，选择E t -图像、U t -图像、I t -图像 (8)五．借助图像分析电磁感应三定则一定律 (10)六．图像分析的综合应用 (12)七．交流电的变化规律图像的应用 (17)一.电磁感应中的图像问题综述电磁感应现象中图像问题的分析，要抓住磁通量的变化，从而推知感应电动势（电流）大小变化的规律，用楞次定律判断出感应电动势（或电流）的方向，从而确定其正负，以及 在坐标中的范围。
分析回路中的感应电动势或感应电流的大小及其变化规律，要利用法拉第电磁感应定律 来分析。
有些问题还要画出等效电路来辅助分析。
另外，要正确解决图像问题，必须能根据图像的定义把图像反映的规律对应到实际过程 中去，又能根据实际过程的抽象规定对应到图像中去，最终根据实际过程的物理规律进行判 断，这样，才抓住了解决图像问题的根本。
解决这类问题的基本方法：（1）明确图像的种类，是B t -图像还是t φ-图像，E t -图像，或者I t -图像。
对于切割 磁感线产生感应电动势和感应电流的情况，还常涉及感应电动势E 和感应电流I 随线圈位移 x 变化的图像，即E －x 图像和I －x 图像。
（2）分析电磁感应的具体过程。
（3）结合楞次定律、法拉第电磁感应定律、左手定则、右手定则、安培定则、欧姆定律、牛顿运动定律等规律判断方向、列出函数方程。
（4）根据函数方程，进行数学分析，如斜率及其变化、两轴的截距等。
（5）画图像或判断图像。
二.根据B -t 图像的规律，选择E -t 图像、I -t 图像【分析要点】 电磁感应中线圈面积不变、磁感应强度均匀变化，产生的感应电动势为S B E nn nSk t t φ∆∆===∆∆，磁感应强度的变化率B k t ∆=∆是定值，感应电动势是定值，感应电流E I R r=+就是一个定值，在I t -图像上就是水平直线。
“图”“图”结合 按图索骥——谈物理电学图像题的解法
中图分类号： G632
文献标识码： A
文章编号： 1008 － 0333（ 2020） 02 － 0074 － 02
例 1 如图 1 甲所示电路，电源电压不变，Ｒ1 是定值
图1
电阻，Ｒ2 是滑动变阻器． 闭合开关，将滑动变阻器滑片移 动到另一端 的 过 程 中，电 路 中 电 流 表 示 数 和 电 压 表 示 数 的关系如图 1 乙所示． 则滑动变阻器滑片由一端移到另 一端的过程中（ ） ．
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一、审题、分析
1． 识别实物图 这是电学中 最 常 见 的 的 伏 安 法 的 实 验 图，定 值 电 阻 Ｒ1 和滑动变阻器 Ｒ2 串联，电压表测量滑动变阻器的电压． 从题干中没有得知任何数据，所以解题的关键在图像． 2． 识别 I － U 图像 （ 1） 读轴： 这是电路中电流表示数和电压表示数的关 系，即滑动变阻器的 I － U 图． （ 2） 读线： I － U 图像是下降趋势，显示滑动变阻器的 电流随着它 的 电 压 的 增 大 而 减 小，意 味 着 当 滑 动 变 阻 器 阻值增大（ 滑片向 B 移动） ，电路中的电流将减小． （ 3） 读点： 起点 I = 1． 2A，U2 = 0V，滑动变阻器阻值为 0，滑片在 A 端，定值电阻两端电压等于电源电压． 终点 I = 0． 3A，U2 = 4． 5V，滑动变阻器两端电压最大，阻值最大 为 4． 5V /0． 3A = 15Ω，滑片在 B 端，定值电阻两端电压最 小． 由关键点可以求得相关最大值、最小值． 已知电功率 公式 P = UI 或 I2Ｒ、U2 / Ｒ，欲求电功率必须先求电流、电压或 电阻． 其中电源电压 U、定值电阻阻值 Ｒ1的求解是必要条件．
二、正确解题
数学和物理是相通的，借助数学可以有多种解法：
高中物理图象专题共25页
60、人民的幸福是至高无个的法。— 就越加自命不凡。——邓拓 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。——爱尔兰 13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。——老子 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。——歌德 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。——迈克尔·F·斯特利
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56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 制，一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ，那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克
第1部分 专题7 第2讲 电学图像
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[解析] 设初始电场强度的方向为负方向，粒子在0～1 s、1 s～3 s时间间隔 内加速度分别为a1、a2。由牛顿第二定律得－E0q＝ma1、2qE0＝ma2，知a1＝ －mE0q、a2＝2Em0q，故粒子0～1 s、1 s～3 s时间间隔内做加速度不同的匀变速直 线运动，依据周期性画出1 s～7 s内粒子的a -t图像如图甲所示，粒子的v -t图像 如图乙所示。由v -t图像知粒子先向负方向运动，再向正方向运动，A项错误； 2.5 s与4 s时刻速度相同，速度改变量等于零，B项正确；
1 2
E0(2x1)，得2UOA＞UAC，由动能定理qU＝ΔEk得：qUOA＝Ek－0，qUAC＝EkC－ Ek，知粒子运动到C点时动能小于3Ek，D项正确。
[答案] CD
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四、φ-x图像 求解策略：(1)由φ-x图像可以直接比较特定方向上两位置电势的高低，求出 两位置的电势差；(2)由φ-x图像可以判断电场强度E，图像的斜率 k＝ΔΔφx＝E 表示电场强度E的大小。沿着电场强度方向电势降低，但电势降低的方向不一定 就是电场强度方向。通常该类问题电场强度方向是沿x轴或者有x轴的分量，故 可以根据电势降低方向来定性判断沿x轴电场强度的方向；(3)根据φ-x图像，结 合带电粒子的实际运动情况，可以确定带电粒子的电性、电场力的变化情况、 加速度的变化、电场力做功情况、电势能变化情况、动能变化等问题。
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v -t图像中图线与坐标轴围成的图形“面积”代表位移，由图像可以看出，前4 s 内的位移不为零，所以带电粒子不会回到原出发点，C项正确；0～2 s内，带电 粒子的初速度为0,2 s时的速度不为零，由动能定理可知电场力所做的功不等于 零，D项错误。
陕西省物理中考专题复习课件 电学图像
当滑动变阻器接入电路中的电阻为零时，电路的总电阻最小，电路中电 流表的示数最大，则 I 大＝UR＝160VΩ＝0.6 A，当 R1′＝20 Ω 时，滑动变 阻器接入电路中的电阻最大，电路中的电流最小，即电流表的示数最小， 所以，电流表的示数变化了：ΔI＝I 大－I2＝0.6 A－0.2 A＝0.4 A.
【解析】由题图甲可知，定值电阻 R1 与滑动变阻器 R2 串联，电压表测 定值电阻 R1 两端电压，滑片在 a 端时，只有定值电阻 R1 接入电路，电 压表测电源电压，由题图乙可知，电源电压 U＝6 V；当滑动变阻器 R2 的阻值为 20 Ω 时，电压表的示数为 2 V，因串联电路中总电压等于各分 电压之和，所以当滑动变阻器 R2 的阻值为 20 Ω 时，滑动变阻器两端的 电压：U2＝U－U1＝6 V－2 V＝4 V，因串联电路中各处的电流相等，所 以，由 I＝UR可得：UR11＝UR22，即2RV1 ＝240VΩ，
7. (2020·金华)在如图甲所示的电路中，电阻 R 的阻值为 8 Ω，灯泡 L 标 有“6 V 3 W”的字样，通过灯泡的电流与灯泡两端的电压关系如图乙 所示．在 a、b 间接入电源，为保证通过电阻 R 的最大电流不超过 0.5 A 且灯泡 L 不损坏，则允许接入的最大电源电压为 4 V，闭合开关 S， 此时通过电流表 A1 的电流为 0.9 A.
甲
乙
A. 图甲中的 R0 有保护电路的作用 B. 温度升高时，电压表的示数会变小 C. 温度为 40 ℃时，电流表的示数为 0.2 A D. 温度降低时，电压表与电流表示数的比值变小
14. 甲醛对人体的危害非常严重，因此装修房屋时，检测甲醛污染指数非 常重要．某校“创新”小组的同学们设计了甲醛监测设备，原理如图甲 所示．电源电压为 3 V，R0 为 10 Ω 的定值电阻，R 为可以感知甲醛污染 指数的可变电阻，污染指数在 50 以下为轻度污染，50～100 之间为中度 污染，100 以上为重度污染，以下分析正确的是( C )
电学实验图象问题---高考物理实验题技法方法11(解析版)
电学实验图象问题归纳解析物理图象是物理知识重要的组成部分，是高考必考知识点之一。
利用图象提取物理信息解决物理问题是近几年高高考考查的热点问题。
对于图象获取信息主要有这样两个方面：①做到六看：一看轴、二看线、三看斜率、四看面积、五看截距、六看特殊点。
②三结合：图象、解析式、物理情景三结合。
在电学实验中对图象的考查尤为突出。
电学实验中图象问题可归纳为描点作图、利用图象交点、知道图象斜率截距或面积意义。
一、描点作图要点：单位长度恰当、数据分散、起点不一定为0、大多数点落在线上、曲线要平滑。
例1：(2018·全国卷Ⅰ·23)某实验小组利用如图1所示的电路探究在25 ℃～80 ℃范围内某热敏电阻的温度特性．所用器材有：置于温控室(图中虚线区域)中的热敏电阻R T，其标称值(25 ℃时的阻值)为900.0 Ω；电源E(6 V，内阻可忽略)；电压表(量程150 mV)；定值电阻R0(阻值20.0 Ω)，滑动变阻器R1(最大阻值为1 000 Ω)；电阻箱R2(阻值范围0～999.9 Ω)；单刀开关S1，单刀双掷开关S2.实验时，先按图连接好电路，再将温控室的温度t升至80.0 ℃.将S2与1端接通，闭合S1，调节R1的滑片位置，使电压表读数为某一值U0；保持R1的滑片位置不变，将R2置于最大值，将S2与2端接通，调节R2，使电压表读数仍为U0；断开S1，记下此时R2的读数．逐步降低温控室的温度t，得到相应温度下R2的阻值，直至温度降到25.0 ℃.实验得到的R2－t数据见下表.图1图2回答下列问题：(1)在闭合S1前，图中R1的滑片应移动到________(填“a”或“b”)端．(2)在图2甲的坐标纸上补齐数据表中所给数据点，并作出R2－t曲线．(3)由图甲可得到R T在25 ℃～80 ℃范围内的温度特性．当t＝44.0 ℃时，可得R T＝________Ω.(4)将R T握于手心，手心温度下R2的相应读数如图乙所示，该读数为________Ω，则手心温度为________℃.答案(1)b(2)如图所示(3)450(4)620.033.0解析(1)闭合开关S1前，应让滑片移动到b端，使滑动变阻器连入电路的阻值最大．(3)由图象可知t＝44.0 ℃时，电阻的阻值为450 Ω.(4)由题图乙可得电阻箱阻值为620.0 Ω，由图象可得温度约为33.0 ℃.练习.要描绘一只标有“2.0V 1.0W”字样小灯泡的伏安特性曲线，实验室提供了以下器材：A．电源E：电动势为3.0V，内阻不计；B．电压表V：量程为0~3V，内阻约为1kΩ；A：量程为0~3A，内阻约为0.1Ω；C．电流表1A：量程为0~0.6A，内阻约为0.6Ω；D．电流表2E.滑动变阻器1R：最大阻值为10Ω，额定电流为0.6A；F.开关S，导线若干。
高中物理电磁感应中的电路及图像问题专题讲解
磁场复习与巩固【知识网络】【要点梳理】要点一、几种常见磁场及磁感线的画法1．几种常见磁场（1）如图甲所示为条形磁铁和蹄形磁铁的磁感线。
条形：磁体外部为非匀强磁场，磁极处最强；蹄形：蹄口内为匀强磁场。
（2）如图乙所示为直线电流形成的磁场的磁感线，其形态为围绕直导线的一族同心圆，是非匀强磁场，离导线越近，磁场越强。
说明：图中的“×”号表示磁场方向垂直进入纸面，“·”号表示磁场方向垂直离开纸面。
（3）如图丙所示为环形电流形成磁场的磁感线，环内的磁场比环外的磁场强。
（4）通电螺线管的磁场：两端分别是N 极和S 极；管内是匀强磁场，磁感线方向由S 极指向N 极，管外为非匀强磁场，磁感线由N 极指向S 极，画法如图丁所示。
（5）直线电流的磁场、环形电流的磁场、通电螺线管的磁场都可通过安培定则判断。
若知道了电流磁场的方向，也可以反过来判断电流的方向，若是自由电荷做定向移动时形成“等效电流”，也可用来判断“等效电流”的磁场。
3．对磁通量的理解（1）磁通量的定义公式Φ=BS 中的B 应是匀强磁场的磁感应强度，S 是与磁场方向垂直的面积，因此可以理解为⊥Φ=BS 。
如果平面与磁场方向不垂直，应把面积S 投影到与磁场垂直的方向上，求出投影面积⊥S ，代入到⊥Φ=BS 中计算，应避免硬套公式BSsin Φ=θ或BScos Φ=θ。
如图所示，通过面S 的磁通量··⊥Φ==B S B Scos θ。
要点三、安培力1．对安培力方向的理解（1）安培力的方向总是垂直于磁场方向和电流方向所决定的平面。
在判断时首先确定磁场与电流所确定的平面，从而判断出安培力的方向在哪一条直线上，然后再根据左手定则判断出安培力的具体方向。
（2）当电流方向跟磁场方向不垂直时，安培力的方向仍垂直电流与磁场所决定的平面，所以仍可用左手定则来判断安培力的方向，只是磁感线不再垂直穿过手心。
（3）注意区别安培力的方向和电场力的方向与场的方向的关系，安培力的方向总是与磁场的方向垂直，而电场力的方向与电场的方向平行。
高中物理高频考点《电场中的四类典型图像问题分析与强化训练》(附详细参考答案)
电场中的四类典型图像问题分析与强化训练（附详细参考答案）一、四类典型图像问题分析及例题讲解：以电场图象和电势图象切入命题的试题是高考中考试的重点光、热点和难点，如：E－x 图象、φ－x图象，或与粒子运动规律有关的图象，如：v－t图象。
掌握各个图象的特点，理解其斜率、截距、“面积”对应的物理意义，就能顺利解决有关问题，此类问题一般以选择题的形式出现，难度中等。
1、电场中粒子运动的v－t图象当带电粒子只在电场力作用下运动时，如果给出了粒子运动的速度图象，则从速度图象上能确定粒子运动的加速度方向，根据v－t图象的速度变化、斜率变化（加速度大小变化）情况，确定电荷所受电场力的方向与电场力的大小变化情况，进而可将粒子运动中经历的各点的场强方向、场强大小、电势高低及电势能的变化等情况判定出来。
【题1】（多选）如图甲，直线MN表示某电场中一条电场线，a、b是线上的两点，将一带负电荷的粒子从a点处由静止释放，粒子从a运动到b过程中的v－t图线如图乙所示，设a、b两点的电势分别为φa、φb，场强大小分别为E a、E b，粒子在a、b两点的电势能分别为W a、W b，不计重力，则有A．φa＞φb B．E a＞E b C．E a＜E b D．W a＞W b【答案】BD【题2】电场中的三条等势线如图中实线a、b、c所示，三条等势线的电势φa＞φb＞φc。
一电子以沿PQ方向的初速度，仅在电场力的作用下沿直线从P运动到Q，则这一过程中电子运动的v－t图象大致是图线中的【答案】A【解析】电子由P点运动到Q点的过程中，电场力所做的功为W＝q（φP－φQ），因为q ＜0，且φP＜φQ，所以W＞0，由动能定理可知，电子的动能不断增大，即速度不断增大，选项C、D错误；P点附近等势面密集，故场强较大，电子在P点附近所受电场力大，电子的加速度也就大，对应v－t图象的斜率大，故由P到Q，v－t图象的斜率不断减小，选项A正确，选项B错误。
2、电场中的φ－x图象（1）在φ－x图象中，图线上任一点切线斜率的绝对值表示该点的电场强度沿x轴方向上的分量大小。
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电学图像专题
电磁感应中常常涉及磁感应强度B、磁通量Φ、感应电动势E、感应电流I随时间的变化的图像，即B-t图、Φ-t图、E-t图、I-t图。
对于切割磁感线产生感应电动势和感应电流的情况，还常涉及感应电动势E和感应电流I随线圈位移x变化的图像，即E-x图和I-x图。
这些图像问题大体可分为两类：
一、由给出的电磁感应过程选出或画出正确的图像
例1、如图甲所示，由均匀电阻丝做成的正方形线框abcd的电阻为R1,ab=bc=cd=da=l,现将线框以与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=O，电流沿abcda流动的方向为正．
(1)在图乙中画出线框中感应电流随时间变化的图象．
(2)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．
分析：本题是电磁感应知识与电路规律的综合应用，要求我们运用电磁感应中的楞次定律、法拉第电磁感应定律及画出等效电路图用电路规律来求解，是一种常见的题型。
解答：(1)令I0=Blv／R，画出的图像分为三段(如下图所示)
t=0～l/v,i=-I0
t= l/v～2l/v,i=0
t=2l/v～3l/v,i=-I0
(2)令U ab=Blv，面出的图像分为三段(如上图所示)
小结：要求我们分析题中所描述的物理情景,了解已知和所求的，然后将整个过程分成几个小的阶段,每个阶段中物理量间的变化关系分析明确,最后规定正方向建立直角坐标系准确的画出图形
例2、如图所示，一个边长为a ，电阻为R 的等边三角形，在外力作用下以速度v 匀速的穿过宽度均为a 的两个匀强磁场，这两个磁场的磁感应强度大小均为B ，方向相反，线框运动方向与底边平行且与磁场边缘垂直，取逆时针方向为电流的正方向，试通过计算，画出从图示位置开始，线框中产生的感应电流I 与沿运动方向的位移x 之间的函数图象
分析：本题研究电流随位移的变化规律，涉及到有效长度问题.
解答：线框进入第一个磁场时，切割磁感线的有效长度在均匀变化.在位移由0到a/2过程中，切割有效长度由0增到23a ；在位移由a/2到a 的过程中，切割有效长度由23a 减到0．在x=a/2时，，I=R avB 23，电流为正．线框穿越两磁场边界时，线框在两磁场中切割磁感线产生的感应电动势相等且同向，切割的有效长度也在均匀变化．在位移由a 到3a/2 过程中，切割有效长度由O 增到23a。
；在位移由3a/2到2a 过程中，切割有效长度由23a 减到0.在x=3a/2时，I=R avB 3电流为负．线框移出第二个磁场时的情况与进入第一个磁场相似,I 一x 图象如右图所示．
例3、如图所示电路中，S 是闭合的，此时流过线圈L 的电流为i 1，流过灯泡A 的电流为i 2，且i 1>i 2．在
t 1，时刻将S 断开，那么流过灯泡 的电流随时间变化的图象是图中的哪一个?
( )
分析: 本题是自感现象中的图像问题,相对于前面的两道例题要精确的画出图像有一定的难度.
解答:t 1时刻将s 断开,L 中会产生自感电动势与灯泡A 构成闭合回路。
L 中的电流会在i 1的基础上减小。
方向与i 1一致，而A 中的电流与原方向相反，最终减小为零． 因断开的S 的瞬间。
灯泡A 中的电流比断开前大，故会闪亮一下再熄灭．答案选D
二、由给定的有关图像分析电磁感应过程，求解相应的物理量
例4、（2001年全国物理）如图甲所示，一对平行光滑导轨，放在水平面上，两导轨间的距离l =0.20m ，
电阻R =1.0Ω；有一导体杆静止地放在轨道上，与两轨道垂直，杆及两轨道的电阻均可忽略不计，整个装置处于磁感应强度B =0.50T 的匀强磁场中，磁场方向垂直轨道面向下，如图甲所示。
现用一外力F 沿轨道方向拉杆，使之做匀加速运动，侧得力F 与时间t 的关系如图14乙所示。
求杆的质量m 和加速度a 。
分析: 本题已知图像要求利用电磁及力学知识求出相应的物理量，处理本类问题关键是要审清图像. 解答:导体杆在轨道上做初速度为零的匀加速直线运动，用v 表示瞬时速度，t 表示时间，则杆切割磁感线产生的感应电动势为：E =BLv =Blat ……①
闭合回路中的感应电流为
R
E
I ……② 由安培力公式和牛顿第二定律得：F -BIl =ma ……③ 由①、②、③式得F =ma +R at
l B 2
2……④
小结：图像的斜率、截距、面积等表征的物理意义或物理量是重点分析的内容,再运用力学知识、电磁学知识及电路规律来求解。
例5、 (2000年上海，10)如图 (a)，圆形线圈P 静止在水平桌面上，其正上方悬挂一相同的线圈Q ，P 和Q 共轴，Q 中通有变化电流，电流随时间变化的规律如图 (b) 所示．P 所受的重力为G ，桌面对P 的支持力为N ．则 ……………………(
)
A ．t l 时刻，N>G
B ．t 2时刻，N>G
C ．t 3时刻，N ＜G
D ．t 4时刻，N ＝G
分析：本题以能力立意，综合考查由图像来分析、判断相关的物理过程，有一定的难度。
解答：难点是P 、Q 线圈中只要有一个电流为零，则相互作用力为零。
答案选A 、D
巩固练习
1、长度相等、电阻均为r 的三根金属棒AB 、CD 、EF 用导线相连，如图所示，不考虑导线电阻，此装置匀速进入匀强磁场的过程（匀强磁场垂直纸面向里，宽度大于AE 间距离），AB 两端电势差u 随时间变化的图像可能是：（ ）
B
D E
F。