第67讲实验十四 探究影响感应电流方向的因素 讲义-2027届高三物理一轮复习

第67讲　实验十四　探究影响感应电流方向的因素 一、实验目的 探究影响感应电流方向的因素。 二、实验原理 如图所示，只要改变穿过闭合回路的磁通量，就可以使闭合回路产生感应电流，感应电流的有无通过连接在回路中的电流表的指针是否偏转来判定。 三、实验器材 条形磁铁、螺线管、灵敏电流计、导线。 四、实验操作 1．探究电流表指针偏转方向与电流方向的关系，电路图如图所示。 2．查明线圈绕向：观察线圈，查明线圈绕向。 3．按如图所示连接线圈和电流表，将磁体插入或抽出，观察电流方向。 (1)磁体N极向下插入或向上拔出，观察并记录电流表指针偏转方向和电流方向。 (2)磁体S极向下插入或向上拔出，观察并记录电流表指针偏转方向和电流方向。 五、实验记录与分析 1．实验现象记录 以下面四种情况为例：根据实验结果，填写下表： 表1　线圈内磁通量增加时的情况 图号 磁场方向 感应电流的方向 感应电流的磁场方向 甲 磁场方向向下磁通量增加 逆时针 向上 乙 磁场方向向上磁通量增加 顺时针 向下 表2　线圈内磁通量减少时的情况 图号 磁场方向 感应电流的方向 感应电流的磁场方向 丙 磁场方向向下磁通量减少 顺时针 向下 丁 磁场方向向上磁通量减少 逆时针 向上 2．实验结论 表1说明：当线圈中磁通量增加时，感应电流的磁场方向跟磁铁的磁场方向相反。 表2说明：当线圈中磁通量减少时，感应电流的磁场方向跟磁铁的磁场方向相同。 六、注意事项 1．灵敏电流表满偏电流很小，查明电流表指针的偏转方向和电流方向的关系时，应使用一节干电池。 2．电流表选用零刻度在中间的灵敏电流表，实验前要弄清线圈导线的绕向。 3．为了使实验现象更加明显，磁体要快速插入或抽出；进行一种操作后等电流表指针回零后再进行下一步操作。 考点1　教材原型实验 (基础考点·自主探究) 【跟踪训练】 在“探究影响感应电流方向的因素”的实验中： (1)首先要确定电流表指针偏转方向与电流方向间的关系，实验中所用电流表量程为100 μA，电源电动势为1.5 V，待选的保护电阻有三种R1＝20 kΩ，R2＝1 kΩ，R3＝100 Ω，应选用________(填“20 kΩ”“1 kΩ”或“100 Ω”)的电阻。 (2)已测得电流表指针向右偏时，电流是由正接线柱流入。由于某种原因，螺线管线圈绕线标识已经没有了，通过实验查找绕线方向如图甲所示，当磁铁N极插入线圈时，电流表指针向左偏，则线圈的绕线方向是图乙所示的________图(填“左”或“右”)。 (3)若将条形磁铁S极放在下端，从螺线管中拔出，这时电流表的指针应向________偏(填“左”或“右”)。 (4)若将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、电流表及开关，按图丙所示连接。在开关闭合，线圈A放在线圈B中的情况下，某同学发现当他将滑动变阻器的滑片P向左加速滑动时，电流表指针向右偏转。由此可以推断，将线圈A中铁芯向上拔出，能引起电流表指针向________偏转(填“左”或“右”)。 在“研究电磁感应现象”实验中， (1)如图给出了可供使用的实验器材，某同学选择了电源、开关和带铁芯的原、副线圈，还需选择的器材有：__________________________。 (2)从能量转化的角度来看，闭合电路的部分导体切割磁感线而产生感应电流的过程中________能转化为________能；若闭合电路中的感应电流是因磁感应强度发生变化而产生的，则是________能转化为________能。 (3)下面四幅图中，“＋”和“－”分别表示灵敏电流表的正、负接线柱。已知电流从正接线柱流入灵敏电流表时，指针向正接线柱一侧偏转，电流从负接线柱流入时，指针向负接线柱一侧偏转。 图中给出了条形磁体运动的方向、指针偏转方向或螺线管的绕线方向，以下判断正确的是________。 A．甲图中电流表的指针偏转方向向右 B．乙图中螺线管内部的磁场方向向下 C．丙图中条形磁体向下运动 D．丁图中螺线管的绕线方向从上往下看为顺时针方向 提能训练　练案[67] 1．探究感应电流方向的因素的实验所需器材包括：条形磁铁、电流计、线圈、导线、一节干电池(用来查明线圈中电流的流向与电流计中指针偏转的方向的关系)。 (1)实验现象如图所示，根据实验现象，完成以下内容： ①比较甲图和________，发现电流计指针偏转的方向相同，这是因为_____________________________________________。 ②实验结论：感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的___________________________________________________。 (2)为进一步弄清电流计指针摆动方向与电流方向的关系，可以使用一节干电池进行探究。某同学想到了多用电表内部某一挡含有直流电源，他应选用多用电表的________挡对电流计进行测试。实验发现当电流从正接线柱流入电流计时，指针向右摆动。 (3)为了能进一步了解感应电流大小随时间变化的关系，要使用电流传感器，连接好后，以甲图为例，图示方向为正方向，让磁铁从线圈上方释放，你认为在磁铁竖直穿过整个线圈的过程中，传感器显示的电流i随时间t变化的图像应该是________。 2．在“探究影响感应电流方向的因素”实验中， (1)为安全检测灵敏电流表指针偏转方向与电流流向的关系，在给出的实物图(如图甲)中，将需要的实验仪器正确连成完整的实验电路。 (2)电路中定值电阻的作用主要是为了________。 A．减小电路两端的电压，保护电源 B．增大电路两端的电压，保护电源 C．减小电路中的电流，保护灵敏电流表 D．减小电路中的电流，便于观察灵敏电流表的读数 (3)下列实验操作中说法正确的是________。 A．判断感应电流的方向时，需要先确定线圈的绕法 B．实验中需要将条形磁体的磁极快速插入或快速拔出，感应电流的产生将更加明显 C．实验中将条形磁体的磁极插入或拔出时，不管缓慢，还是迅速，对实验现象都不影响 D．将N极向下插入线圈或将S极向下插入线圈，电流表的偏转方向相同 3．在“探究影响感应电流方向的因素”的实验中，实物连线如图甲所示。感应线圈组的内外线圈的绕线方向如图乙粗线所示。 (1)接通电源，闭合开关，G表指针会有大的偏转，几秒后G表指针停在中间不动。将滑动变阻器的滑片迅速向右滑动时，G表指针________(选填“不动”“右偏”“左偏”或“不停振动”)；迅速抽出铁芯时，G表指针________(选填“不动”“右偏”“左偏”或“不停振动”)。 (2)断开开关和电源，将铁芯重新插入内线圈中，把直流输出改为交流输出，其他均不变。接通电源，闭合开关，G表指针________(选填“不动”“右偏”“左偏”或“不停振动”)。 (3)仅用一根导线，如何判断G表内部线圈是否断了？ 4．如图所示是探究电磁感应现象的装置。 (1)闭合开关，让导体AB沿水平方向左右运动。观察到灵敏电流计的指针偏转；若让导体AB由图示位置沿竖直方向上下运动，则灵敏电流计的指针________(选填“偏转”或“不偏转”)。 (2)利用此装置，探究感应电流方向与磁场方向和切割磁感线方向之间的关系，观察到的实验现象记录如表： 实验序号 磁场方向 导体切割磁感线方向 灵敏电流计指针偏转方向 ① 向下 向右 向左 ② 向上 向右 向右 ③ 向下 向左 向右 ④ 向上 向左 向左 在上述四次实验中，比较________________两次实验，可知感应电流方向与磁场方向有关；比较________________两次实验，可知同时改变磁场方向和切割磁感线方向则感应电流方向不变。 (3)在探究中还发现，导体AB水平向左(或向右)缓慢运动时，灵敏电流计的指针偏转角度较小；导体AB水平向左(或向右)快速运动时，灵敏电流计的指针偏转角度较大，说明感应电流的大小与________________有关。 学科网（北京）股份有限公司 $ 第67讲　实验十四　探究影响感应电流方向的因素 一、实验目的 探究影响感应电流方向的因素。 二、实验原理 如图所示，只要改变穿过闭合回路的磁通量，就可以使闭合回路产生感应电流，感应电流的有无通过连接在回路中的电流表的指针是否偏转来判定。 三、实验器材 条形磁铁、螺线管、灵敏电流计、导线。 四、实验操作 1．探究电流表指针偏转方向与电流方向的关系，电路图如图所示。 2．查明线圈绕向：观察线圈，查明线圈绕向。 3．按如图所示连接线圈和电流表，将磁体插入或抽出，观察电流方向。 (1)磁体N极向下插入或向上拔出，观察并记录电流表指针偏转方向和电流方向。 (2)磁体S极向下插入或向上拔出，观察并记录电流表指针偏转方向和电流方向。 五、实验记录与分析 1．实验现象记录 以下面四种情况为例：根据实验结果，填写下表： 表1　线圈内磁通量增加时的情况 图号 磁场方向 感应电流的方向 感应电流的磁场方向 甲 磁场方向向下磁通量增加 逆时针 向上 乙 磁场方向向上磁通量增加 顺时针 向下 表2　线圈内磁通量减少时的情况 图号 磁场方向 感应电流的方向 感应电流的磁场方向 丙 磁场方向向下磁通量减少 顺时针 向下 丁 磁场方向向上磁通量减少 逆时针 向上 2．实验结论 表1说明：当线圈中磁通量增加时，感应电流的磁场方向跟磁铁的磁场方向相反。 表2说明：当线圈中磁通量减少时，感应电流的磁场方向跟磁铁的磁场方向相同。 六、注意事项 1．灵敏电流表满偏电流很小，查明电流表指针的偏转方向和电流方向的关系时，应使用一节干电池。 2．电流表选用零刻度在中间的灵敏电流表，实验前要弄清线圈导线的绕向。 3．为了使实验现象更加明显，磁体要快速插入或抽出；进行一种操作后等电流表指针回零后再进行下一步操作。 考点1　教材原型实验 (基础考点·自主探究) 【跟踪训练】 在“探究影响感应电流方向的因素”的实验中： (1)首先要确定电流表指针偏转方向与电流方向间的关系，实验中所用电流表量程为100 μA，电源电动势为1.5 V，待选的保护电阻有三种R1＝20 kΩ，R2＝1 kΩ，R3＝100 Ω，应选用________(填“20 kΩ”“1 kΩ”或“100 Ω”)的电阻。 (2)已测得电流表指针向右偏时，电流是由正接线柱流入。由于某种原因，螺线管线圈绕线标识已经没有了，通过实验查找绕线方向如图甲所示，当磁铁N极插入线圈时，电流表指针向左偏，则线圈的绕线方向是图乙所示的________图(填“左”或“右”)。 (3)若将条形磁铁S极放在下端，从螺线管中拔出，这时电流表的指针应向________偏(填“左”或“右”)。 (4)若将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、电流表及开关，按图丙所示连接。在开关闭合，线圈A放在线圈B中的情况下，某同学发现当他将滑动变阻器的滑片P向左加速滑动时，电流表指针向右偏转。由此可以推断，将线圈A中铁芯向上拔出，能引起电流表指针向________偏转(填“左”或“右”)。 [答案]　(1)20 kΩ　(2)左　(3)左　(4)右 [解析]　(1)由闭合电路的欧姆定律，有R＝＝ Ω＝1.5×104 Ω，R1>R，不会使电流超过电流表量程，因此应选20 kΩ的电阻。 (2)已测得电流表指针向右偏时，电流是由正接线柱流入，当磁铁N极插入螺线管时，根据楞次定律，感应电流的磁场阻碍磁通量的增加，螺线管上端应为N极，下端为S极，又电流表指针向左偏，可知电流方向是由电流表正接线柱流出至螺线管上端接线柱，由安培定则可判断螺线管的绕线方向如题图乙中左图所示。 (3)若将条形磁铁S极放在下端，从螺线管中拔出时，感应电流的磁场应阻碍磁通量的减少，螺线管上端应为N极，下端为S极，由螺线管的绕线方向可以判定电流是从电流表的负接线柱流入，故指针向左偏。 (4)由题意可知当P向左加速滑动时，线圈A中的电流应越来越小，则其磁场减弱，此时线圈B中产生的电流使指针向右偏转，由此可知，当B中的磁通量减小时，电流表指针右偏；当将线圈A中铁芯向上拔出的过程中，穿过线圈B的磁通量减小，电流表指针向右偏转。 在“研究电磁感应现象”实验中， (1)如图给出了可供使用的实验器材，某同学选择了电源、开关和带铁芯的原、副线圈，还需选择的器材有：__________________________。 (2)从能量转化的角度来看，闭合电路的部分导体切割磁感线而产生感应电流的过程中________能转化为________能；若闭合电路中的感应电流是因磁感应强度发生变化而产生的，则是________能转化为________能。 (3)下面四幅图中，“＋”和“－”分别表示灵敏电流表的正、负接线柱。已知电流从正接线柱流入灵敏电流表时，指针向正接线柱一侧偏转，电流从负接线柱流入时，指针向负接线柱一侧偏转。 图中给出了条形磁体运动的方向、指针偏转方向或螺线管的绕线方向，以下判断正确的是________。 A．甲图中电流表的指针偏转方向向右 B．乙图中螺线管内部的磁场方向向下 C．丙图中条形磁体向下运动 D．丁图中螺线管的绕线方向从上往下看为顺时针方向 [答案]　(1)滑动变阻器和灵敏电流表 (2)机械　电　磁场　电　(3)ABD [解析]　(1)某同学选择了电源、开关和带铁芯的原、副线圈，还需选择的器材有：滑动变阻器和灵敏电流表。 (2)从能量转化的角度来看，闭合电路的部分导体切割磁感线而产生感应电流的过程中机械能转化为电能；若闭合电路中的感应电流是因磁感应强度发生变化而产生的，则是磁场能转化为电能。 (3)甲图中N极插入螺线管时，向下的磁通量增加，根据楞次定律和安培定则可知，电流表的电流从“＋”接线柱流入，则指针偏转方向向右，选项A正确；乙图中感应电流从“－”接线柱流入电流表，根据安培定则可知螺线管内部的磁场方向向下，选项B正确；丙图中感应电流从“＋”接线柱流入电流表，则根据安培定则可知螺线管内部的磁场方向向上，则图中条形磁体向上运动，选项C错误；丁图中感应电流从“＋”接线柱流入电流表，条形磁体向上运动，则螺线管中感应电流的磁场向下，则螺线管的绕线方向从上往下看为顺时针方向，选项D正确。 提能训练　练案[67] 1．探究感应电流方向的因素的实验所需器材包括：条形磁铁、电流计、线圈、导线、一节干电池(用来查明线圈中电流的流向与电流计中指针偏转的方向的关系)。 (1)实验现象如图所示，根据实验现象，完成以下内容： ①比较甲图和________，发现电流计指针偏转的方向相同，这是因为_____________________________________________。 ②实验结论：感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的___________________________________________________。 (2)为进一步弄清电流计指针摆动方向与电流方向的关系，可以使用一节干电池进行探究。某同学想到了多用电表内部某一挡含有直流电源，他应选用多用电表的________挡对电流计进行测试。实验发现当电流从正接线柱流入电流计时，指针向右摆动。 (3)为了能进一步了解感应电流大小随时间变化的关系，要使用电流传感器，连接好后，以甲图为例，图示方向为正方向，让磁铁从线圈上方释放，你认为在磁铁竖直穿过整个线圈的过程中，传感器显示的电流i随时间t变化的图像应该是________。 [答案]　(1)①丁图　当磁铁N极插入线圈及磁铁S极拔出线圈时，感应电流的磁场方向相同　②(磁场)磁通量的变化　(2)欧姆　(3)A [解析]　(1)①由题图可知，比较甲图和丁图，发现电流计指针偏转的方向相同，这是因为当磁铁N极插入线圈及磁铁S极拔出线圈时，感应电流的磁场方向相同；②感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的(磁场)磁通量的变化。 (2)多用电表内部某一挡含有直流电源，依据电阻表内部有电源可知是用多用电表的欧姆挡对电流计进行测试。 (3)当磁铁完全进入线圈内时，穿过线圈的磁通量不变，则不会产生感应电流，磁铁会加速运动，当到达线圈底部时，磁通量变化率大于磁铁进入线圈时的磁通量变化率，依据法拉第电磁感应定律，可知到达底部的感应电流较大，再由楞次定律可知，磁铁进入与离开线圈时的感应电流方向相反，故选A。 2．在“探究影响感应电流方向的因素”实验中， (1)为安全检测灵敏电流表指针偏转方向与电流流向的关系，在给出的实物图(如图甲)中，将需要的实验仪器正确连成完整的实验电路。 (2)电路中定值电阻的作用主要是为了________。 A．减小电路两端的电压，保护电源 B．增大电路两端的电压，保护电源 C．减小电路中的电流，保护灵敏电流表 D．减小电路中的电流，便于观察灵敏电流表的读数 (3)下列实验操作中说法正确的是________。 A．判断感应电流的方向时，需要先确定线圈的绕法 B．实验中需要将条形磁体的磁极快速插入或快速拔出，感应电流的产生将更加明显 C．实验中将条形磁体的磁极插入或拔出时，不管缓慢，还是迅速，对实验现象都不影响 D．将N极向下插入线圈或将S极向下插入线圈，电流表的偏转方向相同 [答案]　(1)见解析图　(2)C　(3)AB [解析]　(1)为安全检测灵敏电流表指针偏转方向与电流流向的关系，应将电源和电流表连接，考虑到电流表的内阻很小，接入大电阻保护电表，几个元件串联连接，完整的实验电路如图。 (2)因灵敏电流表的内阻很小，直接接电源容易满偏，则接入定值电阻的作用主要是为了减小电路中的电流，保护灵敏电流表，故C正确。 (3)判断感应电流的方向时，用楞次定律需要知道线圈流过电流时原磁场的方向，则需要先确定线圈的绕法，故A正确；实验中将条形磁体的磁极快速插入或快速拔出，磁通量的变化率更大，产生的感应电流更大，指针的偏转幅度更大，产生的现象将更加明显，故B正确，C错误；将N极向下插入线圈或将S极向下插入线圈，磁通量都增大，但两种方式的原磁场方向相反，由楞次定律得出的感应电流方向相反，电流表的偏转方向相反，故D错误。 3．在“探究影响感应电流方向的因素”的实验中，实物连线如图甲所示。感应线圈组的内外线圈的绕线方向如图乙粗线所示。 (1)接通电源，闭合开关，G表指针会有大的偏转，几秒后G表指针停在中间不动。将滑动变阻器的滑片迅速向右滑动时，G表指针________(选填“不动”“右偏”“左偏”或“不停振动”)；迅速抽出铁芯时，G表指针________(选填“不动”“右偏”“左偏”或“不停振动”)。 (2)断开开关和电源，将铁芯重新插入内线圈中，把直流输出改为交流输出，其他均不变。接通电源，闭合开关，G表指针________(选填“不动”“右偏”“左偏”或“不停振动”)。 (3)仅用一根导线，如何判断G表内部线圈是否断了？ [答案]　(1)左偏　右偏　(2)不停振动 (3)用导线短接G表前后各摇动G表一次，比较指针偏转，有明显变化，则线圈断了，反之则未断。 [解析]　(1)感应线圈组的内外线圈的绕线方向如题图乙粗线所示，当接通电源，闭合开关，滑动变阻器的滑片迅速向右滑动时，内线圈有向下增大的磁场，依据安培定则与楞次定律，则外线圈有向上的感应磁场。因此发现G表指针向左偏了一下，知磁通量增加时，G表指针向左偏转。当在闭合开关后，将滑动变阻器的滑片迅速向右滑动时，磁通量增加，则G表指针向左偏转。迅速抽出铁芯时，磁通量减小，则G表指针向右偏转。 (2)若把直流输出改为交流输出，其他均不变，接通电源，闭合开关，线圈A中也是交流电，那么G表指针不停地来回振动。 (3)仅用一根导线，将G表短接前后，摇动表一次，比较指针偏转，有明显变化，则线圈断了，说明虽有切割磁感线，但没有感应电流，没有安培阻力，指针变化明显；反之，则出现感应电流，进而有安培阻力，使其变化不明显，证明线圈未断。 4．如图所示是探究电磁感应现象的装置。 (1)闭合开关，让导体AB沿水平方向左右运动。观察到灵敏电流计的指针偏转；若让导体AB由图示位置沿竖直方向上下运动，则灵敏电流计的指针________(选填“偏转”或“不偏转”)。 (2)利用此装置，探究感应电流方向与磁场方向和切割磁感线方向之间的关系，观察到的实验现象记录如表： 实验序号 磁场方向 导体切割磁感线方向 灵敏电流计指针偏转方向 ① 向下 向右 向左 ② 向上 向右 向右 ③ 向下 向左 向右 ④ 向上 向左 向左 在上述四次实验中，比较________________两次实验，可知感应电流方向与磁场方向有关；比较________________两次实验，可知同时改变磁场方向和切割磁感线方向则感应电流方向不变。 (3)在探究中还发现，导体AB水平向左(或向右)缓慢运动时，灵敏电流计的指针偏转角度较小；导体AB水平向左(或向右)快速运动时，灵敏电流计的指针偏转角度较大，说明感应电流的大小与________________有关。 [答案]　(1)不偏转　(2)①和②(或③和④)　①和④(或②和③)　(3)导体的运动快慢 [解析]　(1)导体沿竖直方向运动，运动方向与磁场方向平行，故不切割磁感线，不会产生感应电流，指针不发生偏转。 (2)比较实验①和②(或③和④)可知：在导体切割磁感线的运动方向一定时，改变磁场方向，感应电流的方向发生改变；比较实验①和④(或②和③)可知：在导体切割磁感线运动方向(或导体运动方向)和磁场方向同时改变时，感应电流的方向不变。 (3)导体AB水平向左(或向右)缓慢运动时，灵敏电流计的指针偏转角度较小；导体AB水平向左(或向右)快速运动时，灵敏电流计的指针偏转角度较大，这说明电路中的电流变大，所以可以看出感应电流的大小与导体的运动快慢有关。 学科网（北京）股份有限公司 $