高中物理鲁科版 (2019)选择性必修 第二册第1节 科学探究:感应电流的方向优质第1课时导学案

第1节　科学探究：感应电流的方向(第1课时)

实验目标：1.探究感应电流方向与哪些因素有关。　2.学习利用电流计判断感应电流方向的方法。

一、实验原理与设计

如图所示，将磁铁的不同磁极插入、拔出螺线管，观察感应电流方向的变化。通过分析感应电流的方向与磁铁的磁场方向、通过线圈的磁通量的变化之间的关系，探究影响感应电流方向的因素。

二、实验器材

电流计、干电池、开关、保护电阻、导线、螺线管、条形磁铁。

三、实验步骤

1．先明确电流计指针的偏转方向与通过电流计的电流方向的关系。

2．观察螺线管上漆包线的绕向。

3．将电流计与螺线管按上图连接好，依次完成以下实验操作，记录观察到的电流计指针偏转情况，填入表中。

四、数据处理

1．根据实验过程中现象记录表格，逐项分析

2.实验结论

当穿过线圈的磁通量增加时，感应电流的磁场与原磁场的方向相反；当穿过线圈的磁通量减少时，感应电流的磁场与原磁场的方向相同。

五、注意事项

1．实验前应首先明确线圈中电流的流向与电流表指针偏转方向之间的关系。

2．采用如图所示的电路，由于电流表量程较小，所以把一节干电池与电流表及线圈串联，且在电路中应接入限流变阻器R。

【例1】　为判断线圈绕向，可将灵敏电流计G与线圈L连接，如图所示。已知线圈由a端开始绕至b端；当电流从电流计G左端流入时，指针向左偏转。

(1)将磁铁N极向下从线圈上方竖直插入L时，发现指针向左偏转。俯视线圈，其绕向为______(填“顺时针”或“逆时针”)。

(2)当条形磁铁从图中的虚线位置向右远离L时，指针向右偏转。俯视线圈，其绕向为______(填“顺时针”或“逆时针”)。

[解析]　(1)磁铁N极向下从绕圈上方竖直插入L时，线圈的磁场向下且增强，感应磁场向上，且电流流入电流计左端，根据右手定则可知线圈顺时针绕向。(2)条形磁铁从图中虚线位置向右远离L时，线圈的磁场向上且减弱，感应电流从电流计右端流入，根据右手定则可知线圈逆时针绕向。

[答案]　(1)顺时针　(2)逆时针

【例2】　如图所示，是“探究影响感应电流方向的因素”的实验装置。

(1)将实物电路中所缺的导线补充完整。

(2)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，将线圈L1迅速插入线圈L2中，灵敏电流计的指针将________偏转。(选填“向左”“向右”或“不”)

(3)线圈L1插入线圈L2后，将滑动变阻器的滑片迅速向右移动时，灵敏电流计的指针将________偏转。(选填“向左”“向右”或“不”)

[解析]　(1)补充的实物电路如图所示。

(2)已知闭合开关瞬间，穿过线圈L2的磁通量增加，产生的感应电流使灵敏电流计的指针向右偏转。当开关闭合后，将线圈L1迅速插入线圈L2中时，穿过线圈L2的磁通量增加，由已知条件可知产生的感应电流也使灵敏电流计的指针向右偏转。

(3)滑动变阻器的滑片迅速向右移动，线圈L1中的电流变小，穿过线圈L2的磁通量减少，则灵敏电流计的指针向左偏转。

[答案]　(1)见解析图　(2)向右　(3)向左

1．如图所示是某小组的同学探究感应电流方向与哪些因素有关的实验情景(图中箭头表示导体的运动方向)，下列说法中正确的是(　　)

(a)　　　　(b)　　　　(c)　 　　(d)

A．比较图(a)和图(b)可知，感应电流的方向与磁场方向有关

B．比较图(b)和图(c)可知，感应电流的方向与磁场方向和导体运动方向无关

C．比较图(a)和图(c)可知，感应电流的方向与磁场方向无关

D．由图(d)可以得出感应电流的方向跟导体是否运动无关

A　[(a)、(b)中导体棒运动方向相同，磁场方向相反，电流方向也相反，说明感应电流方向与磁场方向有关，A正确；(a)、(c)磁场方向相同，运动方向与电流方向都不同，说明电流方向与导体运动方向有关，C错误；(b)、(c)中B、v方向均不同，电流方向相同，不能得出B选项的结论；(d)中无电流，也不能作出判断，故B、D均错。]

2．根据如图甲、乙、丙、丁所示进行电路图连接与实验操作，并填好实验现象记录表格。

甲　　 　　乙　　　丙　　 丁

请根据上表所填内容分析，感应电流的磁场方向是否总是与原磁场方向相反或相同？什么时候相反？什么时候相同？感应电流的磁场对原磁场磁通量变化有何影响？

[答案]　向上　向上　向下　向下　增大　减小　增大　减小　顺时针　逆时针　逆时针　顺时针　向下　向上　向上　向下　相反　相同　相反　相同

    不一定，有时相反，有时相同；闭合回路中原磁场的磁通量增加时，感应电流产生的磁场方向与原磁场方向相反；闭合回路中原磁场的磁通量减少时，感应电流产生的磁场方向与原磁场方向相同；感应电流的磁场总是阻碍原磁场磁通量的变化。

3．在“探究感应电流的方向与哪些因素有关”的实验中，请完成下列实验步骤：

(1)为弄清灵敏电流计指针摆动方向与电流方向的关系，可以使用一个已知正负极性的直流电源进行探究。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________(选填“欧姆”“直流电流”“直流电压”“交流电流”或“交流电压”)挡，对灵敏电流计进行测试，由实验可知当电流从正接线柱流入电流计时，指针向右摆动。

(2)该同学先将多用电表的红表笔接灵敏电流计的正接线柱，再将黑表笔________(选填“短暂”或“持续”)接灵敏电流计的负接线柱，若灵敏电流计的指针向左摆动如图，说明电流由电流计的________(选填“正”或“负”)接线柱流入灵敏电流计的。

(3)实验中该同学将磁铁某极向下从线圈上方插入线圈时，发现电流计的指针向右偏转，请在图中用箭头画出线圈电流方向并用字母N、S标出磁铁的极性。

[答案]　(1)欧姆　(2)短暂　负　(3)如图所示

4．在“探究电磁感应的产生条件”实验中，采用如图所示的装置进行实验。

(1)请用笔画线代替导线在图中连线补充完整，确保实验现象明显。

(2)某小组电路连接正确后，在滑动变阻器滑片持续向右移动的过程中，发现灵敏电流计的指针持续向右偏，则当开关闭合时，灵敏电流计的指针将________。

A．向左偏一下 B．向右偏一下

C．持续向左偏 D．持续向右偏

[解析]　(1)电源、开关、滑动变阻器和上面的线圈组成回路，滑动变阻器可以改变电流，为检验在下面的线圈中是否会产生感应电流，所以下面的线圈和灵敏电流表相连，电路如图：

(2)滑动变阻器滑片持续向右移动的过程中，接入电路中的电阻变大，电路中的电流变小，通过大线圈的磁通量变小，灵敏电流计指针向右偏，所以当闭合开关时，电路中的电流变大，通过大线圈的磁通量变大，则灵敏电流计的指针向左偏一下，故A正确。

[答案]　(1)见解析　(2)A

5．某学生做观察电磁感应现象的实验，将电流计、线圈A和B、蓄电池、开关用导线连接成如图所示的实验电路，当它接通、断开开关时，电流表的指针都没有偏转，其原因是_____________________________________________

_______________________________________________________________

_______________________________________________________________。

[解析]　图中所示开关的连接不能控制含有电源的电路中电流的通断。而本实验的内容之一就是用来研究在开关通断瞬间，导致线圈B内磁通量变化，进而产生感应电流的情况，但图中的接法却达不到目的。

[答案]　开关位置接错

6．在“探究电磁感应的产生条件”的实验中，先按如图甲所示连线，不通电时，电流计指针停在正中央，闭合开关S时，观察到电流计指针向左偏。然后按如图乙所示将灵敏电流计与副线圈B连成一个闭合回路，将原线圈A、电源、滑动变阻器和开关S串联成另一个闭合电路。

甲　　　　　　　　乙　　

(1)图甲电路中，串联定值电阻R的主要作用是________。

A．减小电源两端的电压，保护电源

B．增大电源两端的电压，保护开关

C．减小电路中的电流，保护灵敏电流计

D．减小电路中的电流，保护开关

(2)图乙中，S闭合后，在原线圈A插入副线圈B的过程中，灵敏电流计的指针将________(选填“向左”“向右”或“不”)偏转。

(3)图乙中，S闭合后，线圈A放在B中不动，在滑动变阻器的滑片P向左滑动的过程中，灵敏电流计指针将________(选填“向左”“向右”或“不”)偏转。

(4)图乙中，S闭合后，线圈A放在B中不动，在突然断开S时，灵敏电流计指针将________(选填“向左”“向右”或“不”)偏转。

[解析]　(1)电路中串联定值电阻，目的是减小电流，保护灵敏电流计，故本题答案为选项C。

(2)由题知，当电流从灵敏电流计正接线柱流入时，指针向左偏转。S闭合后，将原线圈A插入副线圈B的过程中，穿过B的磁场向下，磁通量变大，由楞次定律可知，感应电流从灵敏电流计正接线柱流入电流计，则灵敏电流计的指针将向左偏转。

(3)线圈A放在B中不动，穿过B的磁场向下，将滑动变阻器的滑片向左滑动时，穿过B的磁通量增大，由楞次定律可知，感应电流从灵敏电流计正接线柱流入电流计，则灵敏电流计的指针将向左偏转。

(4)线圈A放在B中不动，穿过B的磁场向下，突然断开S时，穿过B的磁通量减小，由楞次定律可知，感应电流从灵敏电流计负接线柱流入电流计，则灵敏电流计的指针将向右偏转。

[答案]　(1)C　 (2)向左　(3)向左　(4)向右

7．在研究电磁感应现象的实验中所用的器材如图所示。它们是：

①电流计　②直流电源　③带铁芯的线圈A　④线圈B

⑤开关　⑥滑动变阻器

(1)试按实验的要求在实物图上连线(图中已连好一根导线)；

(2)怎样才能使线圈B中有感应电流产生？试举出两种方法。

[解析]　(1)如图所示。

(2)将断开的开关闭合；将闭合的开关断开；闭合开关后，改变滑动变阻器滑片的位置；闭合开关后，将线圈A插入线圈B；闭合开关后，将线圈A从线圈B中拔出。(任选其二)

[答案]　见解析