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斜率的数学意义就是变化率。变化率的几何意义:若是一条直线则变化率就是直线的斜率,若是一条曲线上的某点的变化率就是通过该点的切线的斜率。在高中的物理学中,很多物理量都是借助变化率来定义的。如:速度就是位移对时间的变化率,加速度是速度对时间的变化率,电流是电量对时间的变化率。现以电磁感应图像类题目为例,谈谈“斜率”知识在物理学中的应用。
例题1:在竖直向上的勻强磁场中,水平放置一个不变形的单匝金属圆线圈,规定线圈中感应电流的正方向如图1所示,当磁场的磁感应强度B随时间t如图2变化时,图3中正确表示线圈中感应电动势E变化的是()
就是B-t图像斜率,斜率的绝对值大小决定感应电动势E的大小,斜率的正和负表示两次感应电动势方向相反。又由楞次定律:0-1s内穿过线圈的磁通量增加,感应电流产生的磁场方向与原磁场方向相反,故0-1s感应电流方向与图示正方向相同。1s-3s内B-t图像斜率为0,所以感应电流为0。3s-5s斜率与0-1s感应电流方向相反,且3s-5s斜率为0-1s斜率的,则3s-5s感应电动势为0-1s感应电动势的一半。所以选A
例题2:在圆形线圈中开口处接二平行金属板,如图所示.电子未碰板.线圈的一部分置于周期性变化的磁场中,磁场向内时为B的正方向,那么平行板中电子的加速度方向在同一周期内的变化是 ()
A.向上,向下,向下,向上
B.向下,向上,向下,向上
C.向上,向下,向上,向下
D.向下,向上,向上,向下
解析:由法拉第电磁感应定律:,斜率的正和负反应上极板带电性相反,由楞次定律周期内,电容上极板带正电,场强向下,电子所受电场力向上,加速度向上。内,B-t图像斜率与内B-t图像斜率相反。-T内B-t图像斜率与内B-t图像斜率都为正。故选A
例题3:如图所示,竖直放置的螺线管与导线abcd构成回路,导线所围区域内有一垂直纸面向里的变化的匀强磁场,螺线管下方水平桌面上有一导体圆环,导线abcd所围区域内磁场的磁感强度按下列哪一图线所表示的方式随时间变化时,导体圆环将受到向上的磁场作用力()
解析:导体圆环受引体向上的磁场力,由楞次定律可知穿过圆环的磁通量正在减小。说明通过螺线管的电流正在减小。由,说明B-t图像斜率正在减小,故选A
例题4:如图所示,一面积为S的单匝矩形线圈处于一个交变的磁场中,磁感应强度的变化规律为B=B0sinωt。下列说法正确的是()
A、线框中会产生方向不断变化的交变电流
B、在时刻,线框中感应电流将达到最大值
C、对应磁感应强度B=B0的时刻,线框中感应电流也一定为零
D、若只增大磁场交变频率,则线框中感应电流的频率也将同倍数增加,但有效值不变
解析:此题实质上考查交流电产生的原理,画出B-t图像如图(图略):
由,B-t的斜率的大小和正负都随时间不断变化。故产生大小和方向都随时间变化的交流电。在B=±B0时,B-t图像斜率为0,且为斜率正负的分界点。所以B=±B0,也就是线圈平面处于中性面时,感应电动势为0。且在此位置感应电动势改变方向。所以对于正弦交流电一周期内,电流方向改变2次,且电流方向改变发生在中性面上。
对于D来说,电动势最大值Em=nBsw=nBs(2πf)=2πnBsf。E有效= =πnBsf。有效值将增大,故选A、B、C。
通过对以上试题的分析可见应用斜率知识解决相关物理试题,会使物理意义变的更加明确,思路简明清晰。从而大大提高学生的创新能力和解决实际问题的能力。符合当前教育、教学改革的方向。
例题1:在竖直向上的勻强磁场中,水平放置一个不变形的单匝金属圆线圈,规定线圈中感应电流的正方向如图1所示,当磁场的磁感应强度B随时间t如图2变化时,图3中正确表示线圈中感应电动势E变化的是()
就是B-t图像斜率,斜率的绝对值大小决定感应电动势E的大小,斜率的正和负表示两次感应电动势方向相反。又由楞次定律:0-1s内穿过线圈的磁通量增加,感应电流产生的磁场方向与原磁场方向相反,故0-1s感应电流方向与图示正方向相同。1s-3s内B-t图像斜率为0,所以感应电流为0。3s-5s斜率与0-1s感应电流方向相反,且3s-5s斜率为0-1s斜率的,则3s-5s感应电动势为0-1s感应电动势的一半。所以选A
例题2:在圆形线圈中开口处接二平行金属板,如图所示.电子未碰板.线圈的一部分置于周期性变化的磁场中,磁场向内时为B的正方向,那么平行板中电子的加速度方向在同一周期内的变化是 ()
A.向上,向下,向下,向上
B.向下,向上,向下,向上
C.向上,向下,向上,向下
D.向下,向上,向上,向下
解析:由法拉第电磁感应定律:,斜率的正和负反应上极板带电性相反,由楞次定律周期内,电容上极板带正电,场强向下,电子所受电场力向上,加速度向上。内,B-t图像斜率与内B-t图像斜率相反。-T内B-t图像斜率与内B-t图像斜率都为正。故选A
例题3:如图所示,竖直放置的螺线管与导线abcd构成回路,导线所围区域内有一垂直纸面向里的变化的匀强磁场,螺线管下方水平桌面上有一导体圆环,导线abcd所围区域内磁场的磁感强度按下列哪一图线所表示的方式随时间变化时,导体圆环将受到向上的磁场作用力()
解析:导体圆环受引体向上的磁场力,由楞次定律可知穿过圆环的磁通量正在减小。说明通过螺线管的电流正在减小。由,说明B-t图像斜率正在减小,故选A
例题4:如图所示,一面积为S的单匝矩形线圈处于一个交变的磁场中,磁感应强度的变化规律为B=B0sinωt。下列说法正确的是()
A、线框中会产生方向不断变化的交变电流
B、在时刻,线框中感应电流将达到最大值
C、对应磁感应强度B=B0的时刻,线框中感应电流也一定为零
D、若只增大磁场交变频率,则线框中感应电流的频率也将同倍数增加,但有效值不变
解析:此题实质上考查交流电产生的原理,画出B-t图像如图(图略):
由,B-t的斜率的大小和正负都随时间不断变化。故产生大小和方向都随时间变化的交流电。在B=±B0时,B-t图像斜率为0,且为斜率正负的分界点。所以B=±B0,也就是线圈平面处于中性面时,感应电动势为0。且在此位置感应电动势改变方向。所以对于正弦交流电一周期内,电流方向改变2次,且电流方向改变发生在中性面上。
对于D来说,电动势最大值Em=nBsw=nBs(2πf)=2πnBsf。E有效= =πnBsf。有效值将增大,故选A、B、C。
通过对以上试题的分析可见应用斜率知识解决相关物理试题,会使物理意义变的更加明确,思路简明清晰。从而大大提高学生的创新能力和解决实际问题的能力。符合当前教育、教学改革的方向。