实验十五：探究影响感应电流方向的因素 课件-2027年高考物理一轮复习（全国通用）

这是一份实验十五：探究影响感应电流方向的因素 课件-2027年高考物理一轮复习（全国通用），共73页。
[学习目标]　1．探究感应电流方向与哪些因素有关。2．通过实验数据，分析归纳感应电流方向与导体运动方向、磁通量变化情况间的关系。
实验基础 · 要点通关
实验探究 · 创新突破
类型1　教材原型实验[典例1]　(2025·浙江1月选考) 在“探究影响感应电流方向的因素”实验中，当电流从“－”接线柱流入灵敏电流表，指针左偏；从“G0”或“G1”接线柱流入，指针右偏。如图所示是某次实验中指针偏转角度最大的瞬间，则
(1)此时磁铁的运动状态是__________(选填“向上拔出”“静止”或“向下插入”)。(2)只做以下改变，一定会增大图中电流表指针偏转角度的是________(多选)。A．磁铁静止，向上移动线圈B．增大(1)中磁铁运动速度C．将导线从接线柱G1移接至接线柱G0D．将一个未与电路相接的闭合线圈套在图中线圈外
[解析]　(1)由题图可知，电表指针左偏，则感应电流从“－”极流入，感应电流在线圈内产生的磁场方向向下，根据楞次定律可知，与条形磁体在线圈位置产生的磁场方向相同，可知穿过线圈的磁通量减小，根据楞次定律可知，此时磁铁的运动状态是向上拔出。(2)磁铁静止，向上移动线圈，则产生的感应电流不一定增加，指针偏角不一定会增加，选项A错误；增大第(1)问中磁铁的速度，产生的感应电动势会增加，指针偏角会增大，选项B正确；减小灵敏电流表的量程，即将导线从接线柱G1移接到G0，可使电流计指针偏角变大，选项C正确；将一个未与电路相接的闭合线圈套在线圈外，线圈中的感应电流不变，电流计指针偏角不变，选项D错误。
[典例2]　为探究“影响感应电流方向的因素”，某同学所做实验如下：
(1)首先按图1甲所示连接电路，闭合开关后，发现灵敏电流表指针向左偏转；再按图1乙所示连接电路，闭合开关后，发现电流表指针向右偏转。进行上述实验的目的是检验________。A．各仪器及导线是否完好B．干电池是否为新电池C．电流表测量的电流是否准确D．电流表指针偏转方向与电流方向的关系
(2)接下来用如图2所示的装置做实验，图中螺线管上的粗线标示的是导线的绕行方向。某次实验中在条形磁体插入螺线管的过程中，观察到电流表指针向右偏转，说明螺线管中的电流方向(从上往下看)是沿________(选填“顺时针”或“逆时针”)方向，由此可推断磁体下端的磁极为________(选填“N”或“S”)极。
(3)用通电螺线管代替条形磁体，实验器材如图3所示，请完善实物连接图。
(4)连好电路，并将B线圈插入A线圈中。在闭合开关瞬间，发现灵敏电流表的指针向右偏了一下，若要使灵敏电流表的指针向左偏转，滑动变阻器的滑片应向________(选填“左”或“右”)滑动。
[解析]　(1)进行上述实验的目的是检验电流表指针偏转方向与电流方向的关系，故D正确。(2)观察到电流表指针向右偏转，说明螺线管中的电流方向(从上往下看)是沿顺时针方向，根据右手螺旋定则和楞次定律可知磁体下端的磁极为S极。
(3)根据实验原理连接实物图如图所示。
(4)在闭合开关瞬间，发现灵敏电流表的指针向右偏了一下，可知B线圈中电流增大时，灵敏电流表的指针向右偏转，若要使灵敏电流表的指针向左偏转，需减小B线圈中的电流，则滑动变阻器的滑片应向右滑动。
类型2　拓展创新实验[典例3]　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：
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。
[解析]　(1)导体沿竖直方向运动，运动方向与磁场平行，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和磁场方向同时改变，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。
创新点解读　本题的创新之处体现在由探究导体棒切割磁感线的动生电动势替代磁场变化的感生电动势。
[典例4]　某学习小组在“研究回路中感应电动势大小与磁通量变化快慢的关系”的实验中采用了如图甲所示的实验装置。
(1)实验需用螺旋测微器测量挡光片的宽度Δd，如图乙所示，Δd＝_______________________ mm。
5.666(5.665～5.667均可)
(2)在实验中，让小车以不同速度靠近螺线管，记录下光电门挡光时间Δt内感应电动势的平均值E，改变速度多次实验，得到多组数据。这样的实验设计满足了物理实验中常用的“控制变量法”，你认为小车以不同速度靠近螺线管过程中不变的量是：在Δt时间内____________________________。
穿过螺线管的磁通量的变化量
(3)得到多组Δt与E的数据之后，若以E为纵坐标、Δt为横坐标画出E-Δt图像，发现图像是一条曲线，不容易得出清晰的实验结论，为了使画出的图像为一条直线，最简单的改进办法是以________为横坐标。(4)根据改进后画出的图像得出的结论是：在误差允许的范围内，______________________________________________________________________________________________________________________。
(5)其他条件都不变，若换用匝数加倍的线圈做实验，根据实验数据所作出的那条直线，其斜率______(选填“减半”“不变”或“加倍”)。
创新点解读　(1)实验目的创新：定量探究感应电动势大小与磁通量变化快慢的关系。(2)实验器材创新：用光电门测量磁场变化的时间，用电压传感器测量螺线管电压。
章末巩固检测(十一)　电磁感应
说明：第1～8题，每小题5分；本试卷共60分。
一、选择题：共8小题，1～6题只有一个选项符合要求，7～8题有多个选项符合要求。1．(2025·青海海东一模)电吉他是现代科学技术的产物，从外形到音响都与传统的吉他有着明显的差别。电吉他中电拾音器的基本结构如图所示，固定的条形磁体附近的金属弦被磁化，当金属弦上下振动时，在线圈中产生与弦振动情况对应的弱电流，电流经电路放大后传送到音箱发出声音。下列说法正确的是(　　)
A．电吉他利用了自感现象B．电吉他利用了互感现象C．电吉他利用了电磁阻尼D．当金属弦靠近磁体时，线圈a端的电势较高
D　[自感现象是由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象，互感现象是一个线圈中的电流发生变化在另一个线圈中产生感应电动势的现象，在电吉他中，金属弦被磁化后，其上下振动使穿过固定线圈中的磁通量发生变化，从而在线圈中产生感应电流，属于电磁感应现象，磁化后的金属弦在上下振动过程中没有被感应，所以不是利用了自感和互感的原理，A、B错误；根据上述分析可知，电吉他主要利用电磁感应原理工作的，C错误；当金属弦靠近磁体时，穿过线圈的磁通量增大，根据楞次定律可知，感应电流产生的磁场阻碍磁通量的增加，与原来磁场方向相反，结合安培定则可知，感应电流从b流入线圈，从a流出线圈，a端的电势较高，D正确。]
2．(2025·北京石景山一模)近场通信(NFC)器件应用电磁感应原理进行通信，其天线类似一个压平的线圈。设每匝线圈面积为S，共有n匝。若磁场垂直纸面向里通过此线圈且均匀增加，磁感应强度随时间的变化率为k，则线圈中产生感应电动势的大小和感应电流的方向分别为(　　)A．nkS，顺时针 B．kS，顺时针C．nkS，逆时针 D．kS，逆时针
3．(2025·北京卷)绝缘的轻质弹簧上端固定，下端悬挂一个磁铁。将磁铁从弹簧原长位置由静止释放，磁铁开始振动，由于空气阻力的影响，振动最终停止。现将一个闭合铜线圈固定在磁铁正下方的桌面上(如图所示)，仍将磁铁从弹簧原长位置由静止释放，振动最终也停止。则(　　)
A．有无线圈，磁铁经过相同的时间停止运动B．磁铁靠近线圈时，线圈有扩张趋势C．磁铁离线圈最近时，线圈受到的安培力最大D．有无线圈，磁铁和弹簧组成的系统损失的机械能相同
D　[有线圈时，磁铁受到电磁阻尼的作用，振动更快停止，故A错误；根据楞次定律，磁铁靠近线圈时，线圈的磁通量增大，此时线圈有缩小的趋势，故B错误；磁铁离线圈最近时，此时磁铁与线圈的相对速度为零，感应电动势为零，感应电流为零，线圈受到的安培力为零，故C错误；分析可知有无线圈时，根据平衡条件最后磁铁静止后弹簧的伸长量相同，由于磁铁和弹簧组成的系统损失的机械能为磁铁减小的重力势能减去此时弹簧的弹性势能，故系统损失的机械能相同，故D正确。]
4．(2025·山西太原一模)如图所示，矩形区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，固定一水平金属棒AD，弹性金属丝绕过绝缘笔端点P与A、D连接，金属丝始终处于拉直状态且在纸面内，AD与金属丝的电阻均不可忽略。在绝缘笔端点P沿虚线从B点经C点移动到D点的过程中，下列说法正确的是(　　)
A．三角形APD穿过的磁通量先增大后减小B．三角形APD中的感应电流始终为0C．A点的电势始终高于P点的电势D．P点的电势始终高于D点的电势
D　[在绝缘笔沿虚线从B点经C点移动到D点的过程中，三角形APD的面积先不变后减小，故磁通量先不变后减小，故A错误；由“增反减同”可知，三角形中感应电流先为0，后沿顺时针方向，故B错误；根据右手定则可知，A点的电势始终低于P点的电势，P点的电势始终高于D点的电势，故C错误，D正确。]
5．(2024·黑龙江齐齐哈尔一模)图甲为某风速测量装置，可简化为如图乙所示的模型。圆形磁场半径为L，磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里，风推动风杯组(导体棒OA代替)绕水平轴以角速度ω顺时针转动，风杯中心到转轴距离为2L，导体棒OA电阻为r，导体棒与弹性簧片接触时回路中产生电流，接触过程中，导体棒转过的圆心角为45°，图乙中电阻阻值为R，其余电阻不计。下列说法正确的是(　　)
6．如图所示，MNQP是边长为L和2L的矩形，在其由对角线划分的两个三角形区域内充满磁感应强度大小相等、方向相反的匀强磁场。边长为L的正方形导线框，在外力作用下水平向左匀速运动，线框左边始终与MN平行。设导线框中感应电流i逆时针流向为正。若t＝0时左边框与PQ重合，则左边框由PQ运动到MN的过程中，下列i-t图像正确的是(　　)
7．如图甲所示，平行金属导轨及所在平面与水平面成37°角。不计金属导轨电阻，平行导轨间距L＝1 m，定值电阻R＝3 Ω，虚线OO′下方有垂直于导轨平面的匀强磁场。将电阻r＝1 Ω、m＝0.1 kg的金属棒ab从OO′上方某处垂直导轨由静止释放，金属棒下滑过程中的v-t图像如图乙所示。已知sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8，重力加速度g取10 m/s2，则下列说法正确的是(　　)
A．金属棒在下滑过程中受到的摩擦力为0.2 NB．匀强磁场的磁感应强度大小为2 TC．金属棒在磁场中下滑0.1 s过程中电阻R中电流为0.5 AD．金属棒在磁场中下滑0.1 s过程中电阻R产生的热量为1.875×10-2 J
8．(2025·贵州黔东南一模)汽车减震器可以有效抑制车辆振动。某电磁阻尼减震器的简化原理图如图所示。匀强磁场的宽度L0＝1 m，匀强磁场的磁感应强度大小B＝1 T，方向竖直向下。一轻质弹簧处于原长，水平且垂直于磁场边界放置，弹簧右端固定，左端恰与磁场右边界平齐。另一宽度L＝0.2 m、长度足够长的单匝矩形硬质金属线框abcd水平固定在一塑料小车上(图中小车未画出)，线框右端与小车右端平齐，二者的总质量m＝0.5 kg，线框电阻R＝0.08 Ω，使小车带着线框以v0＝5 m/s的速度沿光滑水平面垂直于磁场边界正对弹簧向右运动，ab边向右穿过磁场右边界后小车开始压缩弹簧，弹簧始终在弹性限度内。下列说法正确的是(　　)
A．线框刚进入磁场左边界时，小车的加速度大小为1 m/s2B．线框刚进入磁场左边界时，小车的加速度大小为5 m/s2C．小车向右运动过程中弹簧获得的最大弹性势能为4 JD．小车向右运动过程中弹簧获得的最大弹性势能为2 J
二、非选择题：共2小题。9．(8分)如图1所示是“研究电磁感应现象”的实验装置。
(1)如果在闭合开关时发现灵敏电流计的指针向右偏了一下，那么合上开关后，将A线圈迅速插入B线圈中，电流计指针将________偏转(选填“向左”“向右”或“不”)；(2)连好电路，并将A线圈插入B线圈中后，若要使灵敏电流计的指针向左偏转，可采取的操作是________；A．插入铁芯B．拔出A线圈C．变阻器的滑片向左滑动
(3)G为指针零刻度在中央的灵敏电流计，连接在直流电路中时的偏转情况如图2甲中所示，即电流从电流计G的左接线柱进时，指针从中央向左偏。把它与一线圈串联进行电磁感应实验，则图乙中的条形磁铁的运动方向是向________(选填“上”或“下”)，图丙中的条形磁铁下端为________极(选填“N”或“S”)。
[解析]　(1)如果在闭合开关时发现灵敏电流计的指针向右偏了一下，说明线圈B中磁通量增加，产生的感应电流使指针向右偏转，那么合上开关后，将A线圈迅速插入B线圈中，线圈B中的磁通量也增加，产生的感应电流方向相同，故电流计指针也将向右偏转。
(2)据前面分析有插入铁芯会使得通过线圈B中的磁通量变大，则使灵敏电流计的指针向右偏转，故A错误；拔出A线圈，会使得通过线圈B中的磁通量变小，则会使得灵敏电流计指针向左偏转，故B正确；变阻器的滑片向左滑动，则通过线圈A中的电流变大，从而会使得通过线圈B中的磁通量变大，从而灵敏电流计的指针仍会向右偏转，故C错误。
(3)依题意有，可知实验时通过螺线管的电流是从上端流入、下端流出，则根据右手螺旋定则可知此时通电螺线管产生的磁场方向向下，而此时恰好条形磁铁的S极朝下，结合楞次定律，说明引起感应电流的磁场方向向上且磁通量在增大，可知条形磁铁应向下运动；依题意有，可知实验时通过螺线管的电流是从下端流入、上端流出，则根据右手螺旋定则可知通电螺线管产生的磁场方向向上，而条形磁铁又向上远离螺线管，结合楞次定律，说明引起感应电流的磁场方向向上且通过螺线管的磁通量在减小，则可知条形磁铁的下端为S极。
10．(12分)(2025·辽宁丹东一模)如图所示，两组宽度d均为2 m的平行金属导轨，左侧导轨倾角θ为37°，右侧导轨水平放置且足够长。两组导轨用绝缘物质M、N平滑连接。一半径r为1 m的水平光滑金属圆环，其上一电阻为R1＝1 Ω的金属棒绕竖直轴OO′以角速度ω＝8 rad/s逆时针匀速转动。圆环内存在竖直向上的磁感应强度大小为B1＝10 T的匀强磁场。转轴及圆环边缘通过电刷与倾斜导轨下端相连。两组导轨分别存在垂直导轨平面向下的磁感应强度大小均为2 T匀强磁场。金属棒PQ和EF静置于倾斜和水平导轨上且与导轨垂直，
质量均为m＝1 kg，电阻均为R＝3 Ω。已知金属棒与两组导轨动摩擦因数均为μ＝0.8，最大静摩擦力等于滑动摩擦力。闭合开关S后，金属棒PQ向上运动到斜面顶端前已经匀速，并且速度大小不变地进入水平轨道，整个运动过程棒与两导轨始终接触，其他电阻忽略不计，g取10 m/s2，cs 37°＝0.8，sin 37°＝0.6。求：
(1)闭合开关瞬间导体棒PQ的电势差；(2)导体棒PQ的最大速度；(3)导体棒PQ进入水平轨道后，当导体棒EF达到最大速度时两棒的相对位移Δx(保留两位有效数字)。
[答案]　(1)30 V　(2)6.9 m/s　(3)0.73 m