新高考物理一轮复习讲义第11章 电磁感应 实验十五 探究影响感应电流方向的因素 (含解析)

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考点一 教材原型实验
例1 我们可以通过实验探究电磁感应现象中感应电流方向的决定因素和遵循的物理规律。以下是实验探究过程的一部分，请补充完整。
图1
(1)如图1甲所示，当磁体的N极向下运动时，发现电流表指针偏转，若要探究线圈中产生的感应电流的方向，必须知道___________________________
_____________________________________________________________。
(2)如图乙所示，实验中发现闭合开关时，电流表指针向右偏。电路稳定后，若向左移动滑动触头，电流表指针向________偏转，若将线圈A抽出，电流表指针向________偏转(均选填“左”或“右”)。
答案 (1)电流表指针偏转方向与电流方向间的关系 (2)右 左
解析 (1)探究线圈中感应电流的方向必须先知道：①电流表指针偏转方向与电流从正(负)接线柱流入时的关系；②线圈的绕向；③电流表指针的偏转方向；由偏转方向得出电流流入电流表的方向，再进一步得到线圈中电流的流向，即必须知道电流表指针偏转方向与电流方向间的关系。
(2)开关闭合时，线圈A产生的磁场由无到有，穿过线圈B的磁通量增加，若将滑动触头向左移动，线圈A中电流增加，穿过B的磁通量也增加，且磁场方向未变，所以电流表指针偏转方向与开关闭合时的偏转方向相同，即向右偏转；若将线圈A抽出，穿过线圈B的磁通量减少，电流表指针向左偏转。
跟踪训练
1.在探究电磁感应现象中磁通量变化时感应电流方向的实验中，所需的实验器材已用导线连接成如图2所示的实验电路。
图2
(1)将线圈A插入线圈B中，闭合开关的瞬间，线圈B中感应电流与线圈A中电流的绕行方向________(选填“相同”或“相反”)。
(2)闭合开关，电路稳定后，某同学想使一线圈中电流逆时针流动，另一线圈中感应电流顺时针流动，可行的实验操作是________。
A.抽出线圈A
B.线圈A中插入软铁棒
C.使滑动变阻器滑片P右移
D.断开开关
答案 (1)相反 (2)BC
解析 (1)将线圈A插入线圈B中，闭合开关的瞬间，穿过线圈B的磁通量变大，由楞次定律可得，线圈B中感应电流与线圈A中电流的绕行方向相反。
(2)使一线圈中电流逆时针流动，另一线圈中感应电流顺时针流动，两线圈电流的磁场方向相反，则穿过副线圈的磁通量应增加。抽出线圈A时，穿过副线圈的磁通量减小，原、副线圈电流方向相同，故A错误；线圈A中插入软铁棒，穿过副线圈的磁通量增大，原、副线圈电流方向相反，故B正确；由题图可知，使滑动变阻器滑片P右移，原线圈电流增大，穿过副线圈的磁通量增大，原、副线圈电流方向相反，故C正确；断开开关，原线圈中没有电流，故D错误。
考点二 拓展创新实验
例2 在研究电磁感应的实验中，实验装置如图3所示。线圈C与灵敏电流表构成闭合电路。电源、开关、带有铁芯的线圈A、滑动变阻器构成另一个独立电路。表格中的第三行已经列出了实验操作以及与此操作对应的电流表的表针偏转方向，请以此为参考，把表格填写完整。
图3
答案 左 右 右
解析 由操作2可知，在开关S闭合的情况下，滑动变阻器的触头向右滑动时，电阻变大，电路中电流减小，此时穿过线圈C的磁通量减小，表针向右摆动；闭合开关S瞬间，穿过线圈C的磁通量增加，则表针向左摆动；在开关S闭合的情况下，线圈A远离线圈C时，穿过线圈C的磁通量减小，则表针向右摆动；在开关S闭合的情况下，将线圈A中的铁芯抽出时，穿过线圈C的磁通量减小，则表针向右摆动。
跟踪训练
2.在“研究电磁感应现象”的实验中，首先按图4甲接线，当闭合S时观察到电流表指针向左偏，不通电时电流表指针停在正中央。然后按如图乙所示将电流表与线圈B连成一个闭合回路，将线圈A、电池、滑动变阻器和开关S串联成另一个闭合电路。
图4
(1)图甲电路中串联定值电阻的主要作用是________________。
(2)图乙电路S闭合后，将线圈A插入线圈B的过程中，电流表的指针将________(选填“左偏”“右偏”或“不偏”)。
(3)图乙电路S闭合后，线圈A放在B中不动时，在突然断开S时，指针将________(选填“左偏”“右偏”或“不偏”)。
(4)图乙电路S闭合后，线圈A放在B中不动时，在滑动变阻器滑片向左滑动过程中，指针将________(选填“左偏”“右偏”或“不偏”)。
答案 (1)保护电流表 (2)右偏 (3)左偏 (4)右偏
解析 (1)为防电流过大，损坏电表，所以串联定值电阻保护电流表。
(2)将线圈A插入线圈B的过程中，线圈B中磁场的方向为向上，磁通量增大，根据楞次定律可得感应电流的磁场方向为向下，感应电流从“－”接线柱流入电表，所以指针向右偏。
(3)若突然断开S，线圈B中磁通量减小，原磁场方向向上，根据增反减同可得，感应电流磁场向上，感应电流从“＋”接线柱流入电表，所以指针向左偏。
(4)在滑动变阻器滑片向左滑动过程中，电阻减小，电流增大，B线圈的磁通量增大，同理可得：指针向右偏。
1.(2022·山东临沂模拟)某实验小组使用如图1所示的器材探究“电磁感应现象”中影响感应电流方向的因素。
图1
(1)在图中用实线代替导线完成实验电路连接。
(2)连接好电路后，闭合开关，发现灵敏电流计G的指针向左偏了一下。保持开关闭合，依次进行以下操作：将铁芯迅速插入线圈A时，灵敏电流计指针将向________(选填“左”或“右”)偏；然后将滑动变阻器连入电路中的阻值调大，灵敏电流计指针将向________(选填“左”或“右”)偏；几分钟后断开开关，灵敏电流计指针将向________(选填“左”或“右”)偏。
答案 (1)如图所示
(2)左 右 右
解析 (2)由题知闭合开关，线圈B中磁通量增大，发现灵敏电流计的指针向左偏了一下；将铁芯迅速插入线圈A时，通过线圈B的磁通量增大，灵敏电流计的指针将向左偏；将滑动变阻器连入电路中的阻值调大，回路电流减小，线圈B中磁通量将减小，灵敏电流计的指针将向右偏；几分钟后断开开关，线圈B中磁通量减小，灵敏电流计的指针将向右偏。
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2甲)中，将需要的实验仪器正确连成完整的实验电路。

甲 乙
图2
(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“研究电磁感应现象”实验中，
(1)图3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：_______________________________________。
图3
(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计 (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，根据右手螺旋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，则根据右手螺旋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。
实验原理
实验操作
注意事项
1.实验原理：改变穿过闭合回路的磁通量，回路中有感应电流，利用电流表指针偏转方向确定影响感应电流方向的因素。
2.实验电路图
(1)探究电流表指针偏转方向与电流方向的关系实验电路图
(2)探究影响感应电流方向的因素实验电路图
1.探究电流表指针偏转方向与电流方向的关系。
2.查明线圈绕向。
3.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。
4.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。
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.电流表选用零刻度在中间的灵敏电流计，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计指针回零后再进行下一步操作。
实验记录与分析
1.以下面四种情况为例，实验结果如下：
2.实验结论
当线圈中磁通量增加时，感应电流的磁场方向跟磁体的磁场方向相反。
当线圈中磁通量减少时，感应电流的磁场方向跟磁体的磁场方向相同。
实验操作
电流表的表针偏向
1.闭合开关S瞬间
表针向________摆动
2.在开关S闭合的情况下，滑动变阻器的触头向右滑动时
表针向右摆动
3.在开关S闭合的情况下，线圈A远离线圈C时
表针向________摆动
4.在开关S闭合的情况下，将线圈A中的铁芯抽出时
表针向________摆动