高二物理讲义16电场电路磁场有关图像问题(学生稿)

把握基本方法处理基本问题-1-电场电路磁场有关图像问题【内容提要】1.图像是表现物理规律的重要手段，要培养利用图像处理物理问题的良好习惯2.善于从坐标物理量、单位与分度、图线形状、斜率、面积、截距等方面分析与思考3.图像处理问题的试题类型有：读图搜集图像信息作图图解物理问题换图变化物理关系等【分类解析】例1某同学将一直流电源的总功率PE、输出功率PR和电源内部的发热功率Pr随电流I变化的图线画在了同一坐标上，如右图中的a、b、c所示，根据图线可知[]A、反映Pr变化的图线是cB、电源电动势为8vC、电源内阻为2ΩD、当电流为0.5A时，外电路的电阻为6Ω例2数字信息系统（DIS）被广泛应用在物理实验中，该系统可以迅速测量、处理数据，并自动生成图像．如图（a）所示，一条形磁铁固定在水平转台上，磁铁长度等于圆台直径，一磁传感器放置在转台边缘，磁传感器可测量所在位置的磁感应强度．实验后显示器得出曲线如图（b）所示．图中横坐标表示时间，纵坐标表示磁感应强度．（1）由以上信息可知磁铁所做的运动是_____________．（2）曲线最高点的纵坐标表示______________，曲线最低点的纵坐标表示________．例3用电流传感器和电压传感器等可测干电池的电动势和内电阻。改变电路的外电阻，通过电压传感器和电流传感器测量不同工作状态的端电压和电流，输入计算机，自动生成U−I图线，由图线得出电动势和内阻。（1）记录数据后，打开“坐标绘图”界面，设x轴为“I2”，y轴为“U1”，点击“”，得实验结果如图（1）所示。根据图线显示，拟合直线方程为：，测得干电池的电动势为_________V，干电池的内电阻为_______Ω。（2）现有一小灯泡，其IU特性曲线如图（2）所示，若将此小灯泡接在上述干电池两端，小灯泡的实际功率是多少？（简要写出求解过程；若需作图，可直接画在方格图中）。例4在一个点电荷Q的电场中，Ox坐标轴与它的一条电场线重合，坐标轴上A、B两点的坐标分别为1.0m和2.0m。已知放在A、B两点的检验电荷受到的电场力方向都跟x轴的正WP/AI/082abc14把握基本方法处理基本问题-2-OtAOtBOtCOtDvvvv方向相同，电场力的大小跟检验电荷所带电荷量大小的关系图象如图中直线a、b所示，放在A点的电荷带负电，放在B点的电荷带正电。求：（1）A点的电场强度的大小和方向。（2）试判断点电荷Q的电性，并确定点电荷Q的位置坐标。例5如图所示，点电荷+4Q与+Q分别固定在A、B两点，C、D两点将AB连线三等分，现使一个带负电的粒子从C点开始以某一初速度向右运动，不计粒子的重力，则该粒子在．CD．．之间．．运动的速度大小v与时间t的关系图像可能是（）例6如图甲所示，ABCD为一液体槽，AB、CD面为铜板，BC、AD面及底面为绝缘板，槽中盛满导电液体(设该液体导电时不发生电解，看作是一个定值电阻)。现用质量不计的细铜丝在下端固定一小铁球构成一单摆，铜丝的上端固定在O点，下端稍穿出铁球，当摆球在液体上方摆动时，细铜丝始终与导电液体接触（铜丝与液体间的阻力忽略不计），过O点的竖直线刚好在AD边的垂直平分面上，在铜板AB、CD面上接上图示的电路。用DIS测得该电源路端电压U随外电阻R的变化规律见下表，已知R1=2Ω，R2=10Ω,滑动变阻器R3的总电阻为20Ω。将电源负极和细铜丝的上端点分别连接到电压传感器。若将摆球拉离平衡位置，使其在垂直于AB、CD的竖直面内做简谐振动，把滑片P滑至M点，闭合开关S，通过电压传感器，经计算机得到图乙的波形。试求：（1）该电源的电动势E和内阻r；（2）单摆的摆长（取2约等于10）；（3）此导电液体的电阻。【自主练习】1．一个用半导体材料制成的电阻器D，其电流I随它两端电压U变化的关系图像如图（a）所示，将它与两个标准电阻R1、R2组成如图（b）所示电R（Ω）24681012U（V）6899．61010．3012345F/N0.10.20.30.40.5q/CabABCD+4Q+Q把握基本方法处理基本问题-3-路，当电键S接通位置1时，三个用电器消耗的电功率均为P。将电键S切换到位置2后，电阻器D和电阻R1、R2消耗的电功率分别是PD、P1、P2，下列关系中正确的是（）（A）P1＞P（B）P1＞P2（C）4P1＞PD（D）PD＋P1＋P2＞3P2．如图所示，实线为电场线，虚线为等势面，电场中A、B、C三点的场强分别为EA、EB、EC，电势分别为A、B、C，AB、BC间的电势差分别为UAB、UBC，某负点电荷在A、B、C三点具有的电势能分别为WA、WB、WC，且AB＝BC，则下列关系式正确的是（）（A）C＞B＞A（B）EC＞EB＞EA（C）WC＞WB＞WA（D）UAB＜UBC3．如图，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：（）4．如图所示，直线a、抛物线b分别为某电池的总功率P、输出功率PR随电流I变化的图像。根据图线可知该电池的电动势E=________；当电池的输出功率PR=0.32W时，对应的外电阻为______________。5．如图（a）所示，AB是某电场中的一条电场线．若有一电子以某一初速度，仅在电场力的作用下，沿AB由A运动到B，其速度图象如图（b）所示，下列关于A、B两点的电场强度EA、EB和电势UA、UB的判断正确的是[]A．EAEBB．EAEBC．UA＞UBD．UA＜UB6．由某种材料制成的电器元件接在电路中时，通过的电流I与两IUU0I0（a）（b）R1R2D12U0DSABCab1.44OP/WI/A0.960.480.40.81.2baAB．．图（a）图（b）（（（b）I/AU/v0.5121.502468把握基本方法处理基本问题-4-端电压U的关系如图所示。现将该元件接在电动势为8V，内阻为4Ω的电源两端，则通过该元件的电流为_______A；若将两个这样的元件并联接在该电源上，则每一个元件消耗的功率为_________W。7．一个标有“12V”字样，功率未知的灯泡，测得灯丝电阻R随灯泡两端电压变化的关系图线如图所示，利用这条图线计算：（1）在正常发光情况下，灯泡的电功率P＝________W。（2）若一定值电阻与灯泡串联，接在20V的电压上，灯泡能正常发光，则串联电阻的阻值为________Ω。8．力电转换器的主要元件是压敏电阻，假设该压敏电阻的特点是其阻值R与承受的压力F之间满足FR=K，K为确定的常数。下图（a）是某同学设计的用来测定小车运动状态的原理图，R0为定值电阻。把压敏电阻固定在上表面光滑的小车上，绝缘重球紧靠压敏电阻放置。小车向右运动时，压敏电阻承受的压力通过电压表的示数反映出来，电压表示数与时间的关系如图（b）所示。关于小车的运动状态下列说法中正确的是（）A．0～t1时间内小车做匀加速直线运动B．t1～t2时间内小车做匀速直线运动C．t1～t2时间内小车做匀减速直线运动D．t2～t3时间内小车做匀速直线运动9．2007年诺贝尔物理学奖授予了两位发现“巨磁电阻”效应的物理学家。材料的电阻随磁场的增加而增大的现象称为磁阻效应，利用这种效应可以测量磁感应强度。若图1为某磁敏电阻在室温下的电阻-磁感应强度特性曲线，其中RB、R0分别表示有、无磁场时磁敏电阻的阻值。为了测量磁感应强度B，需先测量磁敏电阻处于磁场中的电阻值RB。请按要求完成下列实验。（1）设计一个可以测量磁场中该磁敏电阻阻值的电路，在图2的虚线框内画出实验电路原理图（磁敏电阻及所处磁场已给出，待测磁场磁感应强度大小约为0.6～1.0T，不考虑磁场对电路其它部分的影响）。提供的器材如下：A．磁敏电阻，无磁场时阻值R0＝150ΩB．滑动变阻器R，全电阻约20ΩC．电流表，量程2.5mAD．电压表，量程3VE．直流电源E，电动势3V，内阻不计F．开关S，导线若干（2）正确接线后，将磁敏电阻置入待测磁场中，测量数据如下表：123456U（V）0.000.450.911.501.792.71I（mA）0.000.300.601.001.201.80××××××磁敏电阻图2把握基本方法处理基本问题-5-根据上表可求出磁敏电阻的测量值RB＝Ω，结合图1可知待测磁场的磁感应强度B＝T。（3）试结合图1简要回答，磁感应强度B在0～0.2T和0.4～1.0T范围内磁敏电阻阻值的变化规律有何不同？（4）某同学查阅相关资料时看到了图3所示的磁敏电阻在一定温度下的电阻－磁感应强度特性曲线（关于纵轴对称），由图线可以得到什么结论？10．如图所示，R1、R2为定值电阻，R3为滑动变阻器。3个电阻采用如图（a）方式接在ε＝8V、r＝1Ω的电源上。现利用电压传感器（相当于电压表）和电流传感器（相当于电流表）研究R3上的电压与电流变化关系，任意滑动R3上的滑片，通过数据采集器将电压与电流信号输入计算机后，在屏幕上得到的U-I图像为如图（b）所示的一条直线（实线部分）。试求：（1）R1的阻值（2）R2的阻值（3）R3的最大阻值11．在如图甲所示电路中，电源电动势为ε=6V，内阻不计，小灯L上标有“6V，0.3A”字样，滑动变阻器R1的阻值范围是0—20Ω，电阻R2上标有“15Ω，4A”字样，电流表的量程为0—0.6A。甲、乙两同学在讨论滑动变阻器功率的取值范围时，甲同学认为：由于电流表允许通过的最大电流为0.6A，所以通过R1的最大电流为I1m=IAm–IL=0.6A–0.3A=0.3A，这时滑动变阻器R1两端的电压为U1m=ε–I1mR2=6V–0.3×15V=1.5V因此，滑动变阻器的最大功率为P1m=I1mU1m=0.3×1.5W=0.45W。乙同学不同意甲同学的看法，他认为滑动变阻器的功率决定于通过它的电流和它两端电压的乘积，即P1=I1U1，电流最大时功率未必最大，只有电流、电压的乘积最大时，功率才最大，如图乙所示。你认为甲、乙两位同学中，哪位同学的看法正确，如果你认为甲同学正确，请简述他正确的理由；如果你认为乙同学正确，请求出滑动变阻器R1的最大功率P1m。12．为了测定电源电动势E的大小、内电阻r和定值电阻R0ARESU/VI/A6402图（b）20ΩR0U1I1P1U1,I,1,P1（乙）LR1R2εA（甲）把握基本方法处理基本问题-6-的阻值，某同学利用DIS设计了如图甲所示的电路。闭合电键S1，调节滑动变阻器的滑动触头P向某一方向移动时，用电压传感器1、电压传感器2和电流传感器测得数据，并根据测量数据计算机分别描绘了如图乙所示的M、N两条U—I直线。请回答下列问题：⑴（3分）根据图乙中的M、N两条直线可知A．直线M是根据电压传感器1和电流传感器的数据画得的B．直线M是根据电压传感器2和电流传感器的数据画得的C．直线N是根据电压传感器1和电流传感器的数据画得的D．直线N是根据电压传感器2和电流传感器的数据画得的⑵（3分）图像中两直线交点处电路中的工作状态是________A．滑动变阻器的滑动头P滑到了最左端B．电源的输出功率最大C．定值电阻R0上消耗的功率为0.5WD．电源的效率达到最大值⑶（3分）根据图乙可以求得定值电阻R0=____Ω，电源电动势E=___V，内电阻r=____Ω。13、虚线方框内是由电阻、电源组成的线性网络电路，为了研究它的输出特性，将电流表、电压表、滑动变阻器按图示的方式连接在它的输出端A、B之间。电键S闭合后，实验中记录的6组电流表示数I、电压表示数U如下表所示。（1）试根据这些数据在下面的坐标纸上画出U—I图线。（2）若将方框内的电路等效成电动势为E、内电阻为r的电源，从图线上求出电源的电动势E=_______V，内电阻r=______Ω。（3）若电流表内阻为