第十二章第一课时电磁感应现象楞次定律实验：探究影响感应电流方向的因素一轮复习课件+测试

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电磁感应现象　楞次定律实验十四：探究影响感应电流方向的因素
考点一　　电磁感应现象的理解和判断
考点二　　实验：探究影响感应电流方向的因素
考点三　　楞次定律及推论
考点四　　“三定则、一定律”的应用
电磁感应现象的理解和判断
1.磁通量(1)公式：Φ＝ ，S为垂直磁场方向的 ，磁通量为 (填“标量”或“矢量”)。(2)物理意义：磁通量的大小可形象表示穿过某一面积的 条数的多少。(3)磁通量变化：ΔΦ＝Φ2－Φ1。
2.电磁感应现象(1)当穿过闭合导体回路的 发生变化时，闭合导体回路中有感应电流产生，这种利用磁场产生电流的现象叫作电磁感应。(2)感应电流产生的条件穿过 导体回路的 。(3)电磁感应现象产生 ，如果电路闭合，则有感应电流。如果电路不闭合，则只有 而无感应电流。
1.穿过线圈的磁通量与线圈的匝数有关。(　　)2.只要穿过闭合导体回路的磁通量发生变化，回路中就有感应电流产生。(　　)
例1　在如图所示的闭合铁芯上绕有一组线圈，与滑动变阻器、电源构成闭合电路，a、b、c为三个闭合金属圆环，假定线圈产生的磁场全部集中在铁芯内，则当滑动变阻器的滑片向右滑动时，下列说法正确的是A.穿过a、b两个环的磁通量始终相同B.穿过b环的磁通量始终是c环的一半C.a、c两个环中都有感应电流D.b、c两个环中都有感应电流
线圈产生的磁场全部集中在铁芯内，所以穿过a、b两个环的磁通量始终相同，故A正确；根据安培定则可知，穿过a的磁感线方向向左，
穿过b的磁感线方向向上，当滑动变阻器的滑片向右滑动时，线圈中电流将发生改变，产生的磁场随之改变，穿过a、b两环的磁通量会发生改变，故a、b两环中都会产生感应电流；而向左和向右穿过c环的磁感线条数相等，完全抵消，总的磁通量为零，不发生变化，故c环中没有感应电流产生，故B、C、D错误。
实验：探究影响感应电流方向的因素
1.实验思路如图所示，通过将条形磁体插入或拔出线圈来改变穿过螺线管的磁通量，根据电流表指针的偏转方向判断感应电流的方向。
2.实验器材电流表、条形磁体、螺线管、电池、开关、导线、滑动变阻器等。3.实验现象
4.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 ；当穿过线圈的磁通量减小时，感应电流的磁场与原磁场的方向 。
思考　如何从指针的偏转情况来判断回路中的电流方向？
答案　实验前应先查明电流的流向与电流表指针偏转方向之间的关系：把一节干电池、滑动变阻器、开关S与电流表串联，开关S采用瞬间接触，记录指针偏转方向与电流方向的关系。
例2　物理探究小组选用图示器材和电路研究电磁感应规律。(1)请用笔画线代替导线，将图中各器材连接起来，组成正确的实验电路。
将电源、开关、A线圈、滑动变阻器串联成一个回路，再将灵敏电流计与B线圈串联成另一个回路，实验电路如图所示。
(2)把A线圈插入B线圈中，如果闭合开关时发现灵敏电流计的指针向右偏转了一下，下面操作出现的情况有：①向右移动滑动变阻器滑片，灵敏电流计指针将向______(选填“左”或“右”)偏转；
闭合开关，穿过B线圈的磁通量增大，灵敏电流计的指针向右偏了一下，滑片向右移动则接入电路的电阻减小，电流增大，磁通量增大，指针向右偏转；
②保持滑动变阻器滑片位置不变，拔出线圈A中的铁芯，灵敏电流计指针将向____(选填“左”或“右”)偏转；
拔出铁芯，磁通量减小，指针向左偏转。
(3)根据实验结果判断产生感应电流的本质是____________________________。
穿过B线圈的磁通量发生变化
产生感应电流的本质是穿过B线圈的磁通量发生变化。
1.楞次定律(1)内容：感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要 引起感应电流的 的变化。(2)适用范围：一切电磁感应现象。
2.楞次定律中“阻碍”的含义：
思考　举例说明为什么说楞次定律体现了能量守恒定律？
答案　以导体棒切割磁感线为例，回路中产生电流，有电能产生，导体棒受到安培力，阻碍导体棒的运动，使其动能减小，体现了能量守恒。
3.右手定则(1)内容：如图，伸开右手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内；让 从掌心进入，并使拇指指向 的方向，这时四指所指的方向就是__________的方向。(2)适用情况：导线 产生感应电流。
思考1.甲图中条形磁体插入线圈时，乙图中条形磁体向上远离线圈时，分别画出穿过线圈的原磁场方向、感应电流磁场方向及线圈中感
当磁通量增加时，感应电流的磁场与原磁场方向相反；当磁通量减小时，感应电流的磁场与原磁场方向相同
应电流方向，总结得出结论：________________________________________________________________________________________________，简称：__________。
2.画出图甲线圈(实线为外侧)中感应电流方向及等效小磁体的N、S极，线圈和磁体之间是____力。画出图乙线圈(实线为外侧)中感应电流方向及等效小磁体的N、S极，线圈和磁体之间是____力。
总结得出结论：________________________________________________________________________________________，简称：_________。
当磁体和线圈相互靠近时，则两者之间相互排斥。当磁
体和线圈相互远离时，则两者之间相互吸引。
3.(1)在图中画出直导线中电流增大时，线圈abcd中感应电流方向，以及线圈各边受到的安培力方向，线圈会有______的趋势，结论简称：________。
(2)如图，线圈A中电流增大时，线圈B有______的趋势。
4.如图，当开关S闭合时，左环向____摆动、右环向____摆动，_______(选填“远离”或“靠近”)通电线圈。结论简称：__________。
5.以上现象“殊途同归”，实际上都是 。
以不同方式阻碍磁通量的变化
例3　某同学设想的减小电梯坠落时造成伤害的一种应急安全装置如图所示，在电梯轿厢底部安装永久强磁铁，磁铁N极朝上，电梯井道内壁上铺设若干金属线圈，线圈在电梯轿厢坠落时能自动闭合，从而减小对箱内人员的伤害。当电梯轿厢坠落到图示位置时，下列说法正确的是A.从上往下看，金属线圈A中的感应电流沿顺时针方向B.从上往下看，金属线圈B中的感应电流沿逆时针方向C.金属线圈B对电梯轿厢下落有阻碍作用，A没有阻碍 作用D.金属线圈B有收缩的趋势，A有扩张的趋势
当电梯坠落至题图位置时，金属线圈A中向上的磁场减弱，感应电流的方向从上往下看是逆时针方向，金属线圈B中向上的磁场增强，感应电流的方向从上往下看是顺时针方向，故A、B错误；
结合A、B的分析可知，当电梯坠落至题图位置时，金属线圈A、B都在阻碍电梯下落，故C错误；金属线圈A中向上的磁场减弱，金属线圈B中向上的磁场增强，根据楞次定律可知，金属线圈B有收缩的趋势，A有扩张的趋势，故D正确。
例4　(2020·全国卷Ⅲ·14)如图，水平放置的圆柱形光滑玻璃棒左边绕有一线圈，右边套有一金属圆环。圆环初始时静止。将图中开关S由断开状态拨至连接状态，电路接通的瞬间，可观察到A.拨至M端或N端，圆环都向左运动B.拨至M端或N端，圆环都向右运动C.拨至M端时圆环向左运动，拨至N端时向右运动D.拨至M端时圆环向右运动，拨至N端时向左运动
开关S由断开状态拨至连接状态，不论拨至M端还是N端，通过圆环的磁通量均增加，根据楞次定律(增离减靠)可知圆环会向右运动，故选B。
“三定则、一定律”的应用
“三个定则”、“一个定律”的比较
例5　如图所示，水平放置的两条光滑轨道上有可自由移动的金属棒PQ、MN，两金属棒均处在竖直向下的匀强磁场中，当PQ在一外力的作用下运动时，MN向右运动，则PQ所做的运动可能是A.向右加速运动 B.向左匀速运动C.向右减速运动 D.向左减速运动
1.下列判断正确的是A.图甲中磁铁向右插入不闭合线圈，线圈中会产生感应电流B.图乙中矩形金属线圈水平向右移动，矩形线圈中不会产生感应电流C.图丙中闭合导线框以其任何一条边为轴在磁场中旋转，都能产生感应　电流D.图丁中水平放置的圆形线圈直径正上方的水平导线中电流增大，线圈　中会产生感应电流
题图甲中磁铁向右插入不闭合线圈过程，由于回路没有闭合，则线圈中会产生感应电动势，但不会产生感应电流，A项错误；题图乙中矩形金属线圈水平向右移动，穿过线圈的磁通量没有发生变化，则矩形线圈中不会产生感应电流，B项正确；题图丙中闭合导线框若以平行于磁场方向的竖直边为轴线转动时，穿过导线框的磁通量没有发生变化，此时导线框中不会产生感应电流，C项错误；
题图丁中水平放置的圆形线圈直径正上方的水平导线中电流增大，根据对称性可知，穿过线圈的磁通量始终为0，磁通量没有发生变化，线圈中不会产生感应电流，D项错误。
2.如图所示，用细线吊起一个铝环，将磁体的N极沿铝环的中心轴线靠近铝环，铝环向右摆动。下列说法正确的是A.N极靠近铝环时，从左向右看铝环中的感应　电流方向为顺时针B.铝环右摆的过程中，磁体对铝环做的功大于　铝环动能的增加量C.仅将铝环改为铁环，铁环也一定会向右摆动D.若将磁体的S极沿铝环的中心轴线靠近铝环，铝环将会向左摆动
N极靠近铝环时，通过铝环的磁通量增加，根据楞次定律可知，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反，从左向右看铝环中的感应电流方向为逆时针，故A错误；铝环右摆的过程中，铝环的动能和重力势能均增大，所以磁体对铝环做的功大于铝环动能的增加量，故B正确；仅将铝环改为铁环，条形磁体吸引铁环，所以铁环向左摆动，故C错误；若将磁体的S极沿铝环的中心轴线靠近铝环，铝环将会向右摆动，故D错误。
3.匀强磁场方向垂直纸面，规定垂直纸面向里的方向为正，磁感应强度B随时间t变化规律如图甲所示。在磁场中有一细金属矩形线框，线框平面位于纸面内，如图乙所示。令I1、I2、I3分别表示Oa、ab、bc段的感应电流，F1、F2、F3分别表示Oa、ab、bc段线框右侧PQ边受到的安培力。则A.I1沿逆时针方向，I2沿顺时针方向B.I2沿顺时针方向，I3沿逆时针方向C.F1方向向右，F2方向向左D.F2方向向右，F3方向向右
由楞次定律可知，Oa段感应电流I1沿逆时针方向，ab、bc段感应电流I2、I3沿顺时针方向，故A正确，B错误；Oa段回路右侧PQ边中电流由Q流向P，磁感应强度方向垂直纸面向里，由左手定则可知，PQ边受到的安培力F1方向向左；ab段PQ边中电流由P流向Q，磁感应强度方向垂直纸面向里，由左手定则可知，PQ边受到的安培力F2方向向右；bc段PQ边中电流由P流向Q，磁感应强度方向垂直纸面向外，由左手定则可知，PQ边受到的安培力F3方向向左，故C、D错误。
4.(2023·江苏徐州市三模)固定的长直导线附近有一个矩形线框，它们处于同一光滑水平面上，俯视图如图所示。导线中通有向右的电流，下列说法正确的是A.电流在线框所在位置处产生的磁场方向垂直于　纸面向外B.若导线中电流突然减弱，线框将靠近长直导线C.若线框平行长直导线向右运动，线框中将产生逆时针方向的电流D.若线框以一定的初速度远离长直导线，其受到的安培力将保持不变
根据安培定则可知，电流在线框处产生的磁场方向垂直于纸面向里，故A项错误；当导线中电流突然减弱，线框中的磁通量减弱，为了阻碍磁通量的减弱，此时线框中产生顺时针方向的电流，根据左手定则可以判断出线框左右两边所受安培力方向相反，其距离直导线的距离相同，所以安培力大小相等，即左右两边的安培力互相抵消。线框上边所受安培力向上，下边所受安培力向下，但上边因为离直导线更近，即磁感应强度更大，其安培力更大，所以线框受到的安培力的合力向上，即线框将靠近直导线，故B项正确；
若线框平行长直导线向右运动，其穿过线框的磁通量没有发生变化，所以线框中没有感应电流，故C项错误；电流在线框处产生的磁场方向垂直于纸面向里，当线框以一定的初速度远离长直导线，线框中的磁通量减弱，为了阻碍磁通量的减弱，此时线圈中产生瞬时针方向的电流，随着线框远离直导线，线框所处位置的磁感应强度减弱，所以其所受的安培力减小，故D项错误。
5.如图甲所示，将线圈套在长玻璃管上，线圈的两端与电流传感器(可看作理想电流表)相连。将强磁铁从长玻璃管上端由静止释放，磁铁下落过程中将穿过线圈。实验观察到如图乙所示的感应电流随时间变化的图像。下列说法正确的是 A.t1～t3时间内，磁铁受到线圈的作用力　方向先向上后向下B.磁铁下落过程减少的重力势能等于增　加的动能C.若将线圈的匝数加倍，则穿过线圈的磁通量变化量也将加倍D.若将磁铁两极翻转后重复实验，将先产生负向感应电流，后产生正向感应　电流
个过程中做负功，B错误；若将线圈的匝数加倍，则穿过线圈的磁通量变化量不变，因为穿过线圈的磁通量和匝数无关，C错误；若将磁铁两极翻转后重复实验，磁通量的变化情况和原来相反，将先产生负向感应电流，后产生正向感应电流，D正确。
t1～t3时间内，根据“来拒去留”，磁铁受到线圈的作用力方向靠近线圈时是向上的，远离线圈时也向上，A错误；磁铁下落过程减少的重力势能大于增加的动能，因为线圈对磁铁的作用力在这
6.(2023·江苏徐州市模拟)圆环形导体线圈a平放在水平绝缘桌面上，在a的正上方固定一竖直螺线管，二者轴线重合，螺线管与电源和滑动变阻器连接成如图所示的电路。若将滑动变阻器的滑片P向下滑动，下列表述正确的是A.线圈a中将产生俯视为顺时针方向的感应电流B.穿过线圈a的磁通量变小C.线圈a有扩张的趋势D.线圈a对水平桌面的压力将增大
时针，故A、B错误；再根据楞次定律推论“增缩减扩”判断出线圈a应有收缩的趋势，故C错误；根据“增离减靠”可知线圈a对水平桌面的压力将增大，故D正确。
当滑片P向下移动时电阻减小，由闭合电路欧姆定律可知通过线圈b的电流增大，从而判断出穿过线圈a的磁通量增加，方向向下，根据楞次定律即可判断出线圈a中感应电流方向俯视应为逆
7.如图所示，两个半径不同但同圆心的圆形导线环A、B位于同一平面内，A环的半径大于B环的半径，已知在t＝0 到t＝t1的时间间隔内，当A环中的电流iA发生某种变化，B环中的感应电流总是沿顺时针方向，且B环总有扩张的趋势。设A环中电流iA的正方向与图中箭头所示的方向相同，则iA随时间t变化的图线可能是
B图中，A环中逆时针方向的电流减小，导致B环中指向纸外的磁通量减小，根据楞次定律，可知B环中产生逆时针方向的感应电流，两环相吸，B环有扩张的趋势，B错误；
A图中，A环中顺时针方向的电流减小，导致B环中的指向纸内的磁通量减小，根据楞次定律知，B环中感应电流产生的磁场将阻碍磁通量减小，产生顺时针方向感应电流，两环相吸，B环有扩张的趋势，A正确；
中指向纸外的磁通量增大，根据楞次定律，可知B环中产生顺时针方向的感应电流，两环相斥，B环有收缩的趋势，D错误。
C图中，A环中顺时针方向的电流增大，导致B环中指向纸内的磁通量增大，根据楞次定律，可知B环将产生逆时针方向的感应电流，两环相斥，B环有收缩的趋势，C错误；D图中，A环中逆时针方向的电流增大，导致B环
8.荡秋千是一项同学们喜欢的体育活动。如图所示，两根金属链条(可视为导体)将一根金属棒ab悬挂在固定的金属架cd上，静止时金属棒ab水平且沿东西方向，已知当地的地磁场方向自南向北斜向下与竖直方向成45°角，现让金属棒ab随链条摆起来，通过能量补给的方式可使链条与竖直方向的最大偏角保持45°不变，则下列说法中正确的是A.当ab棒自北向南经过最低点时，电流从d流向cB.当链条与竖直方向成45°角时，回路中感应电流一定为零C.当ab棒自南向北摆动的过程中，回路中的磁通量先减小再增加D.当ab棒自南向北经过最低点时，ab棒受到的安培力的方向水平 向南
如图所示，当ab棒自南向北摆动的过程中，穿过闭合回路abcd的磁通量一直减小，故C错误；当ab棒自南向北经过最低点时，由左手定则知安培力的方向与水平向南的方向成45°角斜向下，故D错误。
当ab棒自北向南经过最低点时，由右手定则知ab棒上的电流方向自a向b，金属架上的电流方向则为自c到d，故A错误；当链条与竖直方向成45°角时，ab棒到达最高点，其速度为0，不产生感应电动势，回路中感应电流一定为零，故B正确；
9.如图甲所示，A、B为两个相同的环形线圈，共轴并靠近放置，A线圈中通有如图乙所示的交变电流，下列说法正确的是A.t1时刻两线圈间作用力最大B.t2时刻两线圈间作用力最大C.在t1到t2时间内，A、B两线圈　相互排斥D.在t2到t3时间内，A、B两线圈相互排斥
由题图乙可知，在t1时刻线圈A中的电流最大，此时磁通量的变化率是最小的，为零，所以线圈B感应电流为零，因此两线圈间作用力为零，A项错误；在t2时刻，线圈A中的电流为零，而磁通量的变化率是最大的，所以线圈B感应电流也是最大，但A、B间的相互作用力为零，B项错误；
在t1到t2时间内，若设顺时针(从右向左看)方向为正，则线圈A电流方向为顺时针且大小减小，根据右手螺旋定则可判定穿过线圈B向左的磁通量减小，由楞次定律可知，线圈B的电流方向顺时针方向，同理可知，若逆时针(从右向左看)方向为正，B中电流方向为逆时针方向，因此A、B中电流方向相同，两线圈相互吸引，C项错误；
在t2到t3时间内，若设顺时针方向(从右向左看)为正，则线圈A电流方向逆时针且大小增大，所以根据右手螺旋定则可判定穿过线圈B向右的磁通量增大，由楞次定律可知，线圈B的电流方向为顺时针方向，同理可知，若设逆时针方向(从右向左看)为正，B中电流方向为逆时针方向，因此A、B中电流方向相反，A、B两线圈互相排斥，D项正确。
10.在“探究电磁感应现象的产生条件”实验中，实物连线如图甲所示。感应线圈组的内外线圈绕线方向如图乙粗线所示。(G表指针指向电流流入方向)
(1)接通电源，闭合开关，G表指针有大的偏转，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______；迅速抽出铁芯时，G表指针______。(均选填“不动”“右偏”“左偏”或“不停振动”)
滑动变阻器滑片向右滑动时，接入电路的电阻减小，电流增大，内线圈的磁通量方向向下，且大小增大，根据楞次定律可判断外线圈的感应
电流从A接线柱流入，故G表指针向左偏。抽出铁芯时，磁通量减小，G表指针向右偏。
(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”)。
把直流输出改为交流输出后，外线圈中的电流方向不断发生变化，故G表指针不停振动。
(3)仅用一根导线，如何判断G表内部线圈是否断了？_________________________________________________________________________________。
若G表未损坏，短接G表，并摇动G表，由于电磁阻尼作用，指针的偏转幅度要比不短接G表摇动时的幅度小，若G表内部线圈断了，短接时回路不闭合，无上述现象。
短接G表前后各摇动G表一次，比较指针偏转，有明显变化，则线圈未断；反之则断了
11.(2023·江苏南京二十九中期中)如图所示，一平行光滑金属导轨水平置于竖直向下的匀强磁场中，导轨电阻不计，与大螺线管M相接，在M螺线管内同轴放置一绝缘圆盘N，N的边缘固定着许多带负电的小球(每个小球都可视为点电荷)，且圆盘N可绕轴心在水平面内自由转动。当导体棒ab运动时，圆盘N能沿箭头方向逆时针转动，则导体棒ab的运动情况是A.导体棒ab向右做匀速运动B.导体棒ab向右做加速运动C.导体棒ab向左做匀加速运动D.导体棒ab向左做变加速运动