2021版江苏高考物理一轮复习讲义：第10章实验14　探究影响感应电流方向的因素

实验十四　探究影响感应电流方向的因素

1．实验目的

(1)探究感应电流的方向与磁通量变化及磁场方向的关系。

(2)经历探究过程，了解引入“中介”的意义，初步了解决定感应电流方向的因素。

2．实验原理

(1)重温产生感应电流的几种实验，根据灵敏电流计指针偏转方向与电流方向的关系，找出感应电流的方向。

(2)观察并记录感应电流的方向与导体运动方向或磁通量变化情况间的关系。分析实验结果，归纳出决定感应电流方向的因素，总结出判断感应电流方向的方法。

3．实验器材

条形磁铁，U形磁铁，螺线管，导体棒，灵敏电流计，导线若干，干电池一节，滑动变阻器，开关，电池盒。

4．实验步骤

实验一：探究条形磁铁插入或拔出线圈时感应电流的方向

(1)确定电流计指针偏转方向与电流方向及电流表红、黑接线柱的关系：

①按图连接电路。

②调节滑动变阻器，使接入电路的电阻最大。

③迅速闭合开关，发现电流计指针偏转后立即断开开关。

④记录电流方向与电流计的指针偏转方向和电流计红、黑接线柱接线情况，找出它们之间的关系。

(2)观察并记录磁场方向，磁通量变化情况与感应电流方向的关系。

①按图连接电路，明确螺线管的绕线方向。

②按照控制变量的方法分别进行N极(S极)向下插入线圈和N极(S极)向下时抽出线圈的实验。

③观察并记录磁场方向、电流方向，磁通量大小变化情况，并将结果填入表格。

表格一：

(3)归纳感应电流方向与其他因素的关系

实验二：探究导体切割磁感线时感应电流的方向

①用与实验一相同的方法判断电流方向与电流计指针偏转方向的关系。

②按图连接电路。

③沿不同方向运动导体棒。

观察并记录磁场方向、导体棒运动方向和电流方向，将结果记录在设计的表格中。

表格二：

④总结电流方向、磁场方向和导体棒运动方向三者间的关系。

5．注意事项

(1)确定电流方向与电流计指针偏转方向的关系时，要用试触法并注意减小电流强度，防止电流过大或通电时间过长损坏电流计。

(2)电流计选用零刻度在中间的灵敏电流计。

(3)实验前设计好表格，并明确线圈的绕线方向。

(4)按照控制变量的思想进行实验。

(5)进行一种操作后，等电流计指针回零后再进行下一步操作。

实验原理与操作

1．灵敏电流计满偏电流很小，查明电流计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．原、副线圈接入电路前应仔细观察导线绕向并画出草图。

1．如图所示的器材可用来研究电磁感应现象及判定感应电流的方向，其中L1为原线圈，L2为副线圈。

(1)在给出的实物图中，将实验仪器连成完整的实验电路。

(2)在实验过程中，除了查清流入检流计电流方向与指针偏转方向之间的关系之外，还应查清__________的绕制方向(选填“L1”“L2”或“L1和L2”)。

闭合开关之前，应将滑动变阻器的滑动头P处于__________端(选填“左”或“右”)。

 [解析]　 (1)探究电磁感应现象的实验电路分两部分，电源、开关、滑动变阻器、原线圈组成闭合电路，检流计与副线圈组成另一个闭合电路；电路图如图所示；

(2)在实验过程中，除了查清流入检流计电流方向与指针偏转方向之间的关系之外，还应查清原线圈L1与副线圈L2的绕制方向。由电路图可知，闭合开关之前，应将滑动变阻器的滑动头P处于右端，此时滑动变阻器接入电路的阻值最大。

[答案]　(1)电路图见解析　(2)L1和L2　右

2．某同学用如图所示的装置探究感应电流的产生条件，请回答下面的问题。

 (1)开关闭合稳定后，滑动变阻器滑片位置不动，线圈A也不动，线圈B中________(选填“有”或“没有”)电流。

 (2)开关闭合稳定后，滑动变阻器滑片位置不动，将线圈A从线圈B中快速抽出，线圈B中________(选填“有”或“没有”)电流。

 (3)开关闭合稳定后，滑动变阻器的滑片向右移动与开关断开瞬间，流过灵敏电流计的电流方向________(选填“相同”或“相反”)。

 [解析]　(1) 开关闭合稳定后，滑动变阻器滑片位置不动，线圈A也不动，穿过线圈B的磁通量不变，所以线圈B中没有电流；

(2)开关闭合稳定后，滑动变阻器滑片位置不动，将线圈A从线圈B中快速抽出，穿过线圈B的磁通量减小，所以线圈B中有电流；

(3)开关闭合稳定后，滑动变阻器的滑片向右移动，通过线圈A的电流增加，穿过线圈B的磁通量增大；开关断开瞬间，通过线圈A的电流减小，穿过线圈B的磁通量减小，根据楞次定律可知，滑动变阻器的滑片向右移动与开关断开瞬间，流过灵敏电流计的电流方向相反。

[答案]　 (1)没有　(2) 有　(3) 相反

3．图示为“探究感应电流方向的规律”实验时所用电路

(1)闭合开关时发现灵敏电流计的指针向右偏了一下，那么闭合开关后将线圈A迅速插入线圈B时，灵敏电流计指针将________；接着将滑动变阻器的滑片迅速向左滑动，灵敏电流计指针________。(均填“向左偏”“向右偏”或“不偏”)

(2)某同学在完成实验后未断开开关，也未把A、B两线圈和铁芯分开放置，在拆除电路时突然被电击了一下，则被电击是在拆除________(选填“A”或“B”)线圈所在电路时发生的，分析可知，要避免电击发生，在拆除电路前应________(选填“断开开关”或“把A、B线圈分开放置”)。

[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，说明穿过线圈的磁通量增加，电流计指针向右偏，合上开关后，将原线圈A迅速插入副线圈B，穿过线圈B的磁通量增加，电流计指针将向右偏；

原线圈插入副线圈后，将滑动变阻器滑片迅速向左移动时，穿过线圈的磁通量减少，电流计指针将向左偏。

(2)在拆除线圈A时，电流快速减小，由于自感作用，线圈A会产生很大的感应电动势，该同学被点击一下；要避免电击发生，在拆除电路前应先断开开关。

[答案]　 (1)向右偏　向左偏　(2) A　断开开关

4．如图所示，在“探究法拉第电磁感应现象”的实验中，电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、电表及开关已部分连接。

(1)请使用两根导线，将电路补充完整。

(2)此实验中使用的电表是________。

A．灵敏电流计   B．倍率适宜的欧姆表

(3)在实验时，如果线圈B两端不接任何元件，则线圈B中将________。

A．因电路不闭合，无电磁感应现象

B．有电磁感应现象，但无感应电流，只有感应电动势

C．不能用愣次定律判断感应电动势方向

D．可以用楞次定律判断感应电动势方向

(4)如图所示，若线圈B中产生顺时针方向的感应电流，可能是因为________。

A．线圈A通入顺时针方向的电流，且正从线圈B中取出

B．线圈A通入顺时针方向的电流，且其中的铁芯正被取出

C．线圈A通入顺时针方向的电流，且正将滑动变阻器的阻值调小

D．线圈A通入逆时针方向的电流，且正在断开电源

 [解析]　 (1)电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈A组成第一个回路，线圈A中可产生强弱能够改变的磁场；线圈B与电表组成回路，电表的偏转情况说明线圈B中是否产生感应电流。电路如图：

(2)电表用来判断感应电流是否产生，所以电表应是灵敏电流计，不是欧姆表。故A项正确，B项错误。

(3)线圈B两端不接任何元件，电路不闭合，当线圈B中磁通量变化时，电路无感应电流，有感应电动势。故A项错误，B项正确；不管电路是否闭合，都可以用楞次定律判断感应电动势方向。故C项错误，D项正确。

(4)线圈A通入顺时针方向的电流且正从线圈B中取出，线圈A产生的磁场垂直纸面向里，线圈B中磁通量是向里减小的，线圈B中感应电流的磁场方向向里，线圈B中感应电流方向为顺时针方向，故A项正确；线圈A通入顺时针方向的电流，且其中的铁芯正被取出，线圈A产生的磁场垂直纸面向里，线圈B中磁通量是向里减小的，则线圈B中感应电流的磁场方向向里，线圈B中感应电流的方向为顺时针方向，故B项正确；线圈A通入顺时针方向的电流，线圈A产生的磁场垂直纸面向里，正将滑动变阻器的阻值调小，线圈A产生的磁场变强，线圈B中磁通量是向里增大的，则线圈B中感应电流的磁场的方向向外，线圈B中感应电流的方向为逆时针方向，故C项错误；线圈A通入逆时针方向的电流，且正在断开电源，线圈A产生的磁场垂直纸面向外，线圈B中磁通量是向外减小的，则线圈B中感应电流的磁场的方向向外，线圈B中感应电流的方向为逆时针方向，故D项错误。

[答案]　 (1)见解析图　(2)A　(3)BD　(4)AB

实验现象分析

判定方法：

1．(多选)如图甲所示开关S闭合时电流计指针由中央向左偏，当把一个线圈A和这个电流计串联起来(图乙)后，将一个条形磁铁B插入或拔出线圈时，线圈中会产生感应电流，经观察发现，电流计指针由中央位置向右偏，这说明(　　)

甲　　　　　　　　乙

A．如果磁铁的下端是N极，则磁铁正在远离线圈

B．如果磁铁的下端是S极，则磁铁正在远离线圈

C．如果磁铁的下端是N极，则磁铁正在靠近线圈

D．如果磁铁的下端是S极，则磁铁正在靠近线圈

AD　[根据题图甲，可以知道电流计的指针向电流流入的方向偏转，螺线管相当于一个电源，电源的正极在上端；根据安培定则，螺线管上端是S极，如果磁铁的下端是N极，则磁铁正在远离线圈；如果磁铁的下端是S极，则磁铁正在靠近线圈，故A、D正确。]

2．在“研究电磁感应现象”的实验中，首先要按图(甲)接线，以查明电流计指针的偏转方向与电流方向的关系；然后再按图(乙)将电流计与B连成一个闭合回路，将A与电池、滑动变阻器和开关串联成另一个闭合电路。在图(甲)中，当闭合S时，观察到电流计指针向左偏(不通电时指针停在正中央)。在图(乙)中：

甲　　　　　　　　　乙　　　

(1)将S闭合后，将螺线管A插入螺线管B的过程中，电流计的指针将________(选填“向左”“向右”或“不发生”，下同)偏转；

(2)螺线管A放在B中不动，电流计的指针将________偏转；

(3)螺线管A放在B中不动，将滑动变阻器的滑动触片向右滑动时，电流计的指针将________偏转；

(4)螺线管A放在B中不动，突然切断开关S时，电流计的指针将________偏转。

 [解析]　在图甲中，闭合开关，电流从正接线柱流入电流计，电流计指针向左偏转，即电流从哪个接线柱流入，指针就向哪侧偏转。在图乙中，闭合开关后，由安培定则可知，线圈A中的电流产生的磁场竖直向上；

(1)将S闭合后，将螺线管A插入螺线管B的过程中，穿过B的磁场向上，磁通量变大，由楞次定律可知，感应电流从电流计负接线柱流入，则电流计的指针将向右偏转。

(2)螺线管A放在B中不动，穿过B的磁通量不变，不产生感应电流，电流计的指针将不发生偏转。

(3)螺线管A放在B中不动，穿过B的磁场向上，将滑动变阻器的滑动触片向右滑动时，穿过B的磁通量变大，由楞次定律可知，感应电流从电流计负接线柱流入，则电流计的指针将向右偏转。

(4)螺线管A放在B中不动，穿过B的磁场向上，突然切断开关S时，穿过B的磁通量减小，由楞次定律可知，感应电流从电流计正接线柱流入，则电流计的指针将向左偏转。

[答案]　 (1)向右　(2)不发生　(3)向右　(4)向左

3.(1)学习楞次定律的时候，老师往往会做如图所示的实验。图中，a、b都是很轻的铝环，环a是闭合的，环b是不闭合的。a、b环都固定在一根可以绕O点自由转动的水平细杆上，开始时整个装置静止。当条形磁铁N极垂直a环靠近a时，a环将________；当条形磁铁N极垂直b环靠近b时，b环将________。(选填“靠近磁铁”“远离磁铁”或“静止不动”)

(2)一灵敏电流计(电流表)，当电流从它的正接线柱流入时，指针向正接线柱一侧偏转。现把它与一个线圈串联，试就如图中各图指出：

(a)　　　　(b)　　　　　(c)　　　　(d)

①图(a)中磁铁向下运动，灵敏电流计指针的偏转方向为________(选填“偏向正极”或“偏向负极”)。

②图(b)中磁铁向下运动，磁铁下方的极性是________(选填“N极”或“S极”)。

③图(c)中磁铁的运动方向是________(选填“向上”或“向下”)。

④图(d)中磁铁向下运动，线圈从上向下看的电流方向是________(选填“顺时针”或“逆时针”)。

[解析]　(1)当条形磁铁N极垂直a环靠近a时，穿过a环的磁通量增加，a环闭合产生感应电流，磁铁对a环产生安培力，阻碍两者相对运动，a环将远离磁铁。当条形磁铁N极垂直b环靠近b时，b环中不产生感应电流，磁铁对b环没有安培力作用，b环将静止不动。

(2)①磁铁向下运动，穿过线圈的磁通量增加，原磁场方向向下，根据楞次定律感应电流方向俯视为逆时针方向，从正接线柱流入电流计，指针偏向正极。

 ②由图可知，电流从负接线柱流入电流计，根据安培定则，感应电流的磁场方向向下，又磁通量增加，根据楞次定律可知，磁铁下方为S极。

③磁场方向向下，电流从负接线柱流入电流计，根据安培定则，感应电流的磁场方向向下，根据楞次定律可知，磁通量减小，磁铁向上运动。

④磁铁向下运动，穿过线圈的磁通量增加，原磁场方向向上，根据楞次定律感应电流方向俯视为顺时针方向。

[答案]　 (1)远离磁铁　静止不动　(2)①偏向正极　②S极　③向上　④顺时针