2022届高考物理二轮(福建专用)教学案-专题六第2课时　电磁学图像问题.docx

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1、第2课时电磁学图像问题专题复习定位解决问题本专题主要复习高中物理中涉及到的电学图像问题，掌握图像的物理意义及图像问题的分析技巧和方法。高考重点电场中的图像问题；电流中的图像问题；电磁感应中的图像问题；图像信息提取问题。题型难度本专题选择题、实验题和计算题都可涉及，选择题一般考查电场和电磁感应图像，有时也考查图像信息提取问题，难度中等；计算题主要考查图像信息的提取问题，题目难度较大。高考题型1电场中的图像问题1x图像(如图1所示)(1)电场强度的大小等于x图线的斜率的绝对值，电场强度为零处x图线存在极值，其切线的斜率为零。(2)在x图像中可以直接判断各点电势的大小，并可根据电势大小关系确定电场强

2、度的方向。图1(3)在x图像中分析电荷移动时电势能的变化，可用WABqUAB，进而分析WAB的正负，然后作出判断。(4)在x图像中可以判断电场类型，如图2所示，如果图线是曲线，则表示电场强度的大小是变化的，电场为非匀强电场；如果图线是倾斜的直线，则表示电场强度的大小是不变的，电场为匀强电场。图2(5)在x图像中可知电场强度的方向，进而可以判断电荷在电场中的受力方向。2Ex图像(电场方向沿x轴正方向为正)(1)Ex图像反映了电场强度随位移变化的规律，E0表示电场强度沿x轴正方向；E0表示电场强度沿x轴负方向。(2)在给定了电场的Ex图像后，可以由图线确定电场强度、电势的变化情况，Ex图线与x轴所

3、围图形“面积”表示电势差(如图3所示)，两点的电势高低根据电场方向判定。在与粒子运动相结合的题目中，可进一步确定粒子的电性、动能变化、电势能变化等情况。图3(3)在这类题目中，还可以由Ex图像画出对应的电场，利用这种已知电场的电场线分布、等势面分布或场源电荷来处理相关问题。【例1】(2021山东省普通高中学业水平选择性考试，6)如图4甲所示，边长为a的正方形，四个顶点上分别固定一个电荷量为q的点电荷；在0xa区间，x轴上电势的变化曲线如图乙所示。现将一电荷量为Q的点电荷P置于正方形的中心O点，此时每个点电荷所受库仑力的合力均为零。若将P沿x轴向右略微移动后，由静止释放，以下判断正确的是()图4

4、AQq，释放后P将向右运动BQq，释放后P将向左运动CQq，释放后P将向右运动DQq，释放后P将向左运动答案C解析对y轴正向的点电荷，由平衡得kkk，解得Qq，因在0xa区间内沿x轴正方向电势升高，则电场强度方向沿x轴负方向，将P沿x轴向右略微移动后释放，受到向右的电场力而向右运动，故选项C正确。【拓展训练1】2021湖南株洲市统一检测(一)q1、q2为固定在x轴上的两个点电荷，x轴上部分区域的电势分布如图5所示，则()图5Aq1带负电，q2带正电Bq1电荷量小于q2电荷量Ca点电场强度小于c点电场强度D若将电子从a点沿x轴移到c点，其电势能先减小后增大答案D解析在x图像中，切线的斜率表示电场

5、强度的大小，由图可知，b点的电场强度为零，a到b到c的电势先增大后减小，沿电场线方向电势逐渐降低，可知a、b之间电场强度方向向左，b、c之间电场强度方向向右，则有q1带正电，q2带负电，故A错误；由于b点的电场强度为零，因为q1到b点的距离大于q2到b点距离，由点电荷的电场强度公式可知，q1电荷量大于q2电荷量，故B错误；在x图像中，切线的斜率表示电场强度的大小，所以a点电场强度大于c点电场强度，故C错误；由于电子带负电，且a到b到c的电势先增加后减小，根据电势能与电势的关系式Epq可知，电子从a点沿x轴移到c点，其电势能先减小后增大，故D正确。【拓展训练2】(2021湖南省高考模拟)平行金属

6、板A、B带等量异种电荷，以过两板中心O点(原点)的某轴线为x轴、由A指向B的方向为电场强度的正方向，作出场强大小随坐标变化的图像如图6所示，其中aOObl。下列说法正确的是()图6AA板带正电B沿x轴正方向电势降低C电势差UbOUOaE0lD将电子沿x轴由a点移动到b点，电子的电势能不变答案D解析a、b间电场强度大小为E0且保持不变，则其为匀强电场，外侧电场强度快速趋近于零，且都为负值，因此x轴为平行于两板的中心轴线，如图所示，电场强度为负表示电场强度方向由B指向A，则A板带负电，选项A错误；两板间平行于两板的中心线为一条等势线，电势不变，b、O之间的电势差和O、a之间的电势差均为零，选项B、

7、C错误；由于两板间的x轴为一条等势线，所以将电子由a点沿x轴移动到b点，电场力不做功，电势能不变，选项D正确。【拓展训练3】真空中两个点电荷Q1、Q2分别固定于x轴上x10和x24a的两点，在它们的连线上，场强E与x的关系图像如图7所示(取x轴正方向为场强正方向)，以下判断正确的是()图7AQ1带正电、Q2带负电BQ1的电荷量是Q2的3倍Cx轴上a处的电势比2a处的高D带负电的试探电荷从a处移到3a处，电场力做正功答案C解析03a电场强度为正，所以Q1带正电，在3a处合电场强度为0，根据电场强度的叠加可知Q2也一定带正电，A错误；根据点电荷的场强公式，在3a处合电场强度为0，kk，解得Q19Q

8、2，B错误；沿电场线方向电势降低，所以x轴上a处的电势比2a处的高，C正确；带负电的试探电荷从a处移到3a处，所受电场力的方向沿x轴负方向，电场力做负功，D错误。【拓展训练4】(多选)(2021广东新高考八省大联考模拟冲刺)如图8甲所示，在某电场中建立x坐标轴，A、B为x轴上的两点，xA、xB分别为A、B两点在x轴上的坐标值。一电子仅在电场力作用下沿x轴运动，该电子的电势能Ep随其坐标x变化的关系如图乙所示，则下列说法中正确的是()图8A该电场一定不是孤立点电荷形成的电场BA点的电场强度小于B点的电场强度C电子由A点运动到B点的过程中电场力对其所做的功WEpAEpBD电子在A点的动能小于在B点

9、的动能答案AC解析根据功能关系知，Epq，电场强度E，得E，即有qE，根据数学知识可知，图线的斜率kqE，说明电场强度E不变，所以该电场一定是匀强电场，故A正确，B错误；电子由A点运动到B点的过程中，由功能关系可得，电场力对其所做的功WEpAEpB，故C正确；根据能量守恒定律得知，电子从A到B电势能增大，动能减小，即电子在A点的动能大于在B点的动能，故D错误。高考题型2恒定电流中的图像问题【例2】(20211月湖南普通高校招生适应性考试，4)有四个电源甲、乙、丙、丁，其路端电压U与电流I的关系图像分别如图9(a)、(b)、(c)、(d)所示。将一个6 的定值电阻分别与每个电源的两极相接，使定值

10、电阻消耗功率最大的电源是()图9A甲电源 B乙电源C丙电源 D丁电源答案D解析UI图像的斜率的绝对值表示电源的内阻，由题图知丁电源内阻r最小，再由PR知，r越小，定值电阻消耗的功率越大，故选D。【拓展训练5】(多选)(2021北京海淀区期末)图10甲是某实验小组的同学通过实验作出的电源E的路端电压U与电流I的关系图像，图乙是该实验小组的同学通过实验作出的小灯泡L的IU图像。下列说法中正确的是()图10A电源E的电动势约为3.0 VB电源E的内阻约为12.5 C电源E的路端电压为2.0 V时，电源效率约为50%D将小灯泡L接在电源E两端组成闭合回路，此时小灯泡消耗的功率约为0.23 W答案AD解

11、析由闭合电路的欧姆定律UEIr，结合电源的UI图像可知，图像的纵截距表示电动势，斜率的绝对值表示内阻，可得E3.0 V，r ，故A正确，B错误；由电源的路端电压U2.0 V时，电源的效率为100%100%66.7%，故C错误；在小灯泡的IU图像上作出电源的IU图像，如图所示，两图像的交点即为工作点，则灯泡的实际功率为PUI0.90.26 W0.23 W，故D正确。高考题型3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像变化相对应。(3)关注大小、方向的变化趋势，看图线斜

12、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；(2)函数法。【例3】(20211月辽宁普通高校招生适应性测试，6)如图11所示，“凹”字形金属线框右侧有一宽度为3L的匀强磁场区域，磁场方向垂直于纸面向里。线框在纸面内向右匀速通过磁场区域，t0时，线框开始进入磁场。设逆时针方向为感应电流的正方向，则线框中感应电流i随时间t变化的图像可能正确的是()图11答案A解析设线框向右运动的速度为v，线框总电阻为R，当t时，最右侧两个短边切割磁感线，感应电流方向为逆时针，大小I；当t时，感应电流为逆时针方向，大小为I；当t时，感应电流为顺时针方向，大小为I；当t时，感应电流为顺时针方向，大

13、小为I。故A正确。【拓展训练6】(多选) (20211月广东学业水平选择考适应性测试，10)如图12所示，绝缘的水平面上固定有两条平行的光滑金属导轨，导轨电阻不计，两相同金属棒a、b垂直导轨放置，其右侧矩形区域内存在恒定的匀强磁场，磁场方向竖直向上。现两金属棒分别以初速度2v0和v0同时沿导轨自由运动，先后进入磁场区域。已知a棒离开磁场区域时b棒已经进入磁场区域，则a棒从进入到离开磁场区域的过程中，电流i随时间t的变化图像可能正确的有()图12答案AB解析a棒以初速度2v0先进入磁场区域切割磁感线，产生的感应电流为i0，a棒受安培力做变减速直线运动，感应电流i也随之减小，即it图像的斜率逐渐变

14、小；设当b棒刚进入磁场时a棒的速度为v1，此时的瞬时电流为i1；若v1v0，即i1，此时a、b棒产生的感应电动势相等，方向相反，回路中电流为零，不受安培力，两棒均匀速运动，故A正确，C错误；若v1v0，即i10，所以UAB|UBC|，A、B两点电势差大小|UAB|大于B、C两点电势差大小|UBC|，故C错误；电子仅在电场力作用下沿x轴正方向运动，根据动能定理得WABmvmv0，可知电子经过A点的速率小于经过B点的速率，故D正确。4. (多选)静电场在x轴上的电场强度E随x的变化关系如图4所示，x轴正向为电场强度正方向，带正电的点电荷沿x轴运动，则点电荷()图4A在x2和x4处电势能相等B由x1

15、运动到x3的过程中电势能增大C由x1运动到x4的过程中电场力先增大后减小D由x1运动到x4的过程中电场力先减小后增大答案BC解析由题图可知，x1到x4电场强度先变大，再变小，则点电荷受到的电场力先增大后减小，C正确，D错误；点电荷由x1到x3及由x2到x4过程中，电场力做负功，电势能增大，A错误，B正确。5(多选)(2021北京海淀区期末练习反馈)图5甲是某实验小组的同学通过实验作出的电源E的路端电压U与电流I的关系图像，图乙是该实验小组的同学通过实验作出的小灯泡L的IU图像。下列说法中正确的是()图5A电源E的短路电流约为0.24 AB由小灯泡L的IU图像可知，随灯泡两端电压的增大，灯丝电阻

16、逐渐减小C将两个完全相同的小灯泡L并联接在电源E两端组成闭合回路，可求得此时每个小灯泡消耗的功率D将两个完全相同的小灯泡L串联接在电源E两端组成闭合回路，可求得此时每个小灯泡消耗的功率答案CD解析图甲中电流为0.24 A时，路端电压为1.0 V，电源短路时路端电压为0，故A错误；由小灯泡L的IU图像可知，随灯泡两端电压的增大，灯丝电阻逐渐增大，故B错误；将两个完全相同的小灯泡并联接在电源E两端组成闭合回路，设每盏灯的电流为I，由闭合电路的欧姆定律可得UE2Ir，在乙图中作出此状态电源的IU图线，与小灯泡的IU图线交点表示灯泡的实际电流和实际电压，由此可求得此时每个小灯泡消耗的功率，故C正确；将

17、两个完全相同的小灯泡串联接在电源E两端组成闭合回路，设每盏灯的电压为U，由闭合电路的欧姆定律可得2UEIr，在乙图中作出此状态电源的IU图线，与小灯泡的IU图线交点表示灯泡的实际电流和实际电压，由此可求得此时每个小灯泡消耗的功率，故D正确。6(20211月重庆市学业水平选择性考试适应性测试，5)如图6所示，正方形MNPQ内的两个三角形区域充满匀强磁场，形状与MNPQ完全相同的闭合导线框MNPQ在外力作用下沿轴线OO水平向左匀速运动。设通过导线框的感应电流为i，逆时针方向为电流的正方向，当t0时MQ与NP重合，在MQ从NP到临近MQ的过程中，下列图像中能反映i随时间t变化规律的是()图6答案B解

18、析闭合导线框MNPQ匀速向左运动过程中，穿过回路的磁通量不断增大，根据楞次定律可知，回路中的电流方向一直是逆时针的，所以电流一直为正。线框向左匀速运动过程中，切割磁感线的有效长度先减小，后增大，所以感应电流先减小，后增大，故B正确。7(2021广东肇庆市第二次统一测试)如图7所示，将粗细均匀的导体圆环固定在竖直平面内，圆环半径为a，圆环的最高点A处用铰链连接粗细均匀的导体棒AD，导体棒的长度为2a，电阻为r，圆环电阻不计，整个装置处于垂直纸面向里的匀强磁场中。现使导体棒AD绕铰链从水平位置开始顺时针匀速转动，导体棒与圆环始终接触良好。导体棒转动一周的过程中，i表示流过导体棒的电流，取电流从A流向D的方向为正方向，则正确描述电流i随时间t变化关系的是()图7答案C解析金属棒AD与圆环接触点间的电动势为EB(2asin t)2，电阻为Rrsint，由欧姆定律可知电流为Isin t，顺时针转动过程中前半个周期有电流，由右手定则或楞次定律可以判定电流由A指向D，后半个周期，转到180后不再构成闭合回路，金属棒AD中无电流，故选C。