【高考物理】一轮复习15、实验十五　探究影响感应电流方向的因素　电磁感应现象　楞次定律-学案

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A组 实验：探究影响感应电流方向的因素
1.(2024·福建福州一模)某同学将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、电流表及开关如图1连接，在开关闭合、线圈A放在线圈中的情况下，他发现当他将滑动变阻器的滑动端P向左加速滑动时，电流表指针向右偏转，则关于他的下列推断中正确的是________。
图1
A.若线圈A向上移动或滑动变阻器的滑片P向右加速滑动，则电流表指针向左偏转
B.若线圈A中铁芯向上拔出或断开开关，则电流表指针向右偏转
C.滑若动变阻器的滑片P匀速向左或匀速向右滑动，则电流表指针始终静止在刻度盘的正中央
D.由于线圈A、线圈B的绕线方向未知，故无法判断电流表指针偏转方向
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)图乙所示实验中，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
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4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________。
图4
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
4.某学习小组同学使用如图5甲所示的装置探究“影响感应电流方向的因素”，螺线管A、滑动变阻器、开关与电池构成闭合回路；螺线管B与电流表构成闭合电路，螺线管B套在螺线管A的外面。
图5
(1)要想使电流表指针发生偏转，下列四种操作中可行的是________。
A.闭合开关，螺线管A和螺线管B相对静止向上运动
B.闭合开关，螺线管B不动，螺线管A插入或拔出螺线管B
C.闭合开关，螺线管A、B不动，移动滑动变阻器的滑片
D.螺线管A、B和滑动变阻器的滑片不动，闭合或断开开关
(2)利用图乙所示的装置进一步探究感应电流的方向与磁通量变化的关系，螺线管B与电流表构成闭合电路。正确连接好实验电路后，将条形磁体N极朝下插入螺线管B，观察到电流表的指针向右偏。
①将条形磁体N极朝下拔出螺线管B，观察到电流表的指针________(填“向左偏”或“向右偏”)；
②将条形磁体S极朝下插入螺线管B，观察到电流表的指针________(填“向左偏”或“向右偏”)。
B组 电磁感应现象 楞次定律
A级 基础对点练
对点练1 感应电流的产生和方向的判断
1.如图1所示，一通电螺线管b放在闭合金属线圈a内，螺线管的中心轴线恰和线圈的一条直径MN重合。要使线圈a中产生感应电流，可采用的方法有( )
图1
A.使通电螺线管中的电流发生变化
B.使螺线管绕垂直于线圈平面且过线圈圆心的轴转动
C.使线圈a以MN为轴转动
D.使线圈绕垂直于MN的直径转动
2.如图2所示，长直导线中通有向右的电流I，线圈①与直导线垂直放置于其正下方，线圈②中心轴线与直导线重合，线圈③直径与直导线重合，线圈④与直导线共面放置于其正下方。在电流I均匀增大的过程中( )
图2
A.从左向右看，线圈①中产生顺时针方向的电流
B.从左向右看，线圈②中产生逆时针方向的电流
C.正视线圈③中产生逆时针方向的电流
D.正视线圈④中产生逆时针方向的电流
3.如图3所示，长直导线MN置于三角形金属线框abc上，彼此绝缘，线框被导线分成面积相等的两部分。导线通入由M到N的电流，当电流逐渐增大时，线框中( )
图3
A.磁通量变化量为零
B.没有产生感应电流
C.感应电流方向为abca
D.感应电流方向为acba
4.如图4(a)所示，一根直导线和一个矩形导线框固定在同一竖直平面内，直导线在导线框上方，规定图(a)中箭头方向为电流的正方向。直导线中通以图(b)所示的电流，则在0～t1时间内，导线框中感应电流的方向( )
图4
A.先顺时针后逆时针 B.先逆时针后顺时针
C.始终沿顺时针 D.始终沿逆时针
对点练2 楞次定律的推广应用
5.如图5所示，一带正电粒子从直径上方掠过在水平面内的金属圆环表面，粒子与圆环不接触，该过程中( )
图5
A.穿过金属环的磁通量一定不变
B.环中一定有感应电流
C.金属环有扩张趋势
D.粒子与金属环无相互作用
6.如图6所示，空间存在垂直纸面向里的磁场，磁场在竖直方向均匀分布，在水平方向非均匀分布，且关于竖直平面MN对称，绝缘轻线上端固定在M点，下端与一个粗细均匀的铜制圆环相连。现将圆环由P处无初速度释放，圆环第一次向右摆动最远能到达Q处(图中未画出)。已知圆环始终在同一竖直平面内摆动，则在圆环从P摆向Q的过程中，下列说法正确的是( )
图6
A.位置P与Q可能在同一高度
B.感应电流方向始终逆时针
C.感应电流方向先逆时针后顺时针
D.圆环整体所受安培力先做负功后做正功
7.如图7所示，绝缘的水平桌面上放置一金属圆环，其圆心的正上方有一个竖直的条形磁体。当条形磁体沿水平方向向右移动时，圆环始终未动。若圆环的质量为m，桌面对它的支持力为FN。在此过程中( )
图7
A.FN小于mg，圆环有向右的运动趋势
B.FN小于mg，圆环有向左的运动趋势
C.FN大于mg，圆环有向右的运动趋势
D.FN大于mg，圆环有向左的运动趋势
8.(多选)(2024·重庆一中适应性考试)近几年，许多品牌手机推出无线充电功能，最方便的应用场景之一，是在家用汽车上实现手机无线充电。如图8所示为手机无线充电的工作原理示意图，其主要部件为汽车充电基座内的输电线圈和手机中的受电线圈，若在充电基座内的输电线圈中通入方向由b经线圈到a，且正在变大的电流，在手机受电线圈中接一个电阻，则( )
图8
A.受电线圈中，通过电阻的电流方向由c到d
B.受电线圈中，通过电阻的电流方向由d到c
C.受电线圈与输电线圈相互吸引
D.受电线圈与输电线圈相互排斥
对点练3 “三定则、一定律”的应用
9.如图9所示，通电螺线管置于水平放置的光滑平行金属导轨MN和PQ之间，ab和cd是放在导轨上的两根金属棒，它们分别静止在螺线管的左右两侧，现使滑动变阻器的滑片向左滑动，则ab棒和cd棒的运动情况是( )
图9
A.ab棒向左运动，cd向右运动
B.ab棒向右运动，cd向左运动
C.ab棒和cd棒都向右运动
D.ab棒和cd棒都保持静止
B级 综合提升练
10.(多选)如图10甲所示，螺线管内有平行于轴线的外加匀强磁场，以图中箭头所示方向为其正方向。螺线管与导线框abcd相连，导线框内有一小金属圆环L，圆环与导线框在同一平面内。当螺线管内的磁感应强度B随时间按图乙所示规律变化时，则( )
图10
A.在t1～t2时间内，L有收缩趋势
B.在t2～t3时间内，L有扩张趋势
C.在t2～t3时间内，L内有逆时针方向的感应电流
D.在t3～t4时间内，L内有顺时针方向的感应电流
11.航空母舰上飞机弹射起飞可以利用电磁驱动来实现。电磁驱动原理如图11所示，当固定线圈上突然通入直流电流时，靠近线圈左端放置的金属环被弹射出去，如果在线圈左侧同一位置先后分别放置用铜和铝导线制成的形状完全相同的两个闭合导线环，且电阻率ρ铜<ρ铝，闭合开关S瞬间，下列判断正确的是( )
图11
A.从左侧看环中感应电流沿逆时针方向
B.铜环受到的安培力大于铝环受到的安培力
C.电池正负极调换后，导线环将不能向左弹射
D.若将铜环放在线圈右侧，铜环将向左运动
参考答案
实验十五 探究影响感应电流方向的因素 电磁感应现象 楞次定律
A组
1.B [当他将滑动变阻器的滑片P向左加速滑动时，变阻器的电阻变大，通过线圈A的电流变小，则线圈A产生的磁场变小，故当线圈B中的磁通量变小时，电流表指针向右偏转。当线圈A向上移动时，线圈B中磁通量减小，电流表指针向右偏转，故A错误；当线圈A中的铁芯向上拔出或断开开关时，线圈B中的磁通量均减小，电流表指针均向右偏转，故B正确；P向左或向右匀速滑动时，线圈A中电流均变化，线圈B中磁通量变化，有感应电流产生，电流表指针发生偏转，故C错误；虽然线圈A、线圈B的绕线方向未知，但可以根据使电流表指针向右偏的条件得出其他情况下出现的现象，故D错误。]
2.(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，由楞次定律可知感应电流方向相反，电流表的偏转方向相反，故D错误。
3.(1)滑动变阻器和灵敏电流表 (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。
4.(1)BCD (2)①向左偏 ②向左偏
解析 (1)要想使电流表指针发生偏转，即螺线管B与电流表构成的闭合电路产生感应电流，则螺线管B的磁通量发生变化。闭合开关，螺线管A和螺线管B相对静止向上运动，螺线管B的磁通量不变，故不产生感应电流，故A错误；闭合开关，螺线管B不动，螺线管A相当于电磁铁，插入或拔出螺线管B，螺线管B磁通量发生变化，产生感应电流，故B正确；闭合开关，螺线管A、B不动，移动滑动变阻器的滑片螺线管A的电流发生变化，产生的磁场变化，螺线管B的磁通量发生变化，产生感应电流，故C正确；螺线管A、B和滑动变阻器的滑片不动，闭合或断开开关瞬间螺线管A的电流发生变化，产生的磁场变化，螺线管B的磁通量发生变化，产生感应电流，故D正确。
(2)①将条形磁体N极朝下拔出螺线管B，磁通量变化与插入的变化相反，产生的感应电流方向相反，观察到电流表的指针向左偏。
②将条形磁体S极朝下插入螺线管B，穿过螺线管B的磁场方向与N极朝下插入的磁场方向相反，产生的感应电流的方向相反，观察到电流表的指针向左偏。
B组
1.D [在A、B、C三种情况下，穿过线圈a的磁通量始终为零，因此不产生感应电流，故A、B、C错误；选项D中，当线圈绕垂直于MN的直径转动时，穿过线圈的磁通量发生变化，会产生感应电流，故D正确。]
2.D [穿过线圈①②③的磁通量始终为零，则在电流I均匀增大的过程中，线圈①②③中无感应电流产生，A、B、C错误；在电流I均匀增大的过程中，产生的垂直纸面向里的磁场穿过线圈④的磁通量增加，根据楞次定律可知，正视线圈④中产生逆时针方向的电流，D正确。]
3.C [虽然线框被导线分成面积相等的两部分但离导线越远，磁场越弱，导线通入由M到N的电流，且电流逐渐增大时，通过导线框的磁通量不为零且逐渐增大，会产生感应电流，A、B错误；根据MN中电流的方向，结合楞次定律和安培定则可判断线框abc中感应电流方向为abca，C正确，D错误。]
4.C [开始阶段直导线中电流向右减小，磁场方向垂直纸面向里，穿过线框的磁通量减小，由楞次定律可知，线框中感应电流为顺时针方向；后一阶段直导线中电流向左增加，磁场方向垂直纸面向外，穿过线框的磁通量增加，由楞次定律可知，线框中感应电流为顺时针方向，故C正确。]
5.B [带正电粒子从直径上方掠过金属圆环表面时，穿过金属圆环的净磁感线为垂直纸面向里，净磁通量先增后减，环中产生感应电流，金属环先有收缩后有扩张趋势，故A、C错误，B正确；环中产生感应电流后周围会有磁场，且在环内磁场方向垂直于环所在的平面，正电荷从左往右运动时会受到洛伦兹力，所以粒子与金属环有相互作用，故D错误。]
6.C [圆环从P摆向Q的过程中，由于磁场在竖直方向均匀分布，在水平方向非均匀分布，导致圆环中磁通量变化，从而产生感应电流，产生焦耳热，则在整个运动过程中圆环的机械能会减少，因此Q不可能与P在同一高度，故A错误；根据楞次定律，圆环在向下摆的过程中，穿过圆环垂直向里的磁通量在增加，当向上摆的过程中，穿过圆环垂直向里的磁通量在减少，则感应电流方向先逆时针后顺时针，故B错误，C正确；安培力一直阻碍圆环与磁场的相对运动，一直做负功，故D错误。]
7.A [当条形磁体水平向右移动时，金属圆环内的磁通量减小，因此圆环面积有扩大的趋势，同时将跟随磁体向右运动，从而“阻碍”磁通量的减小，故金属圆环受安培力向右上方，则桌面对圆环的支持力小于其自身重力，故A正确，B、C、D错误。]
8.AD [根据安培定则可知，输电线圈电流产生的磁场方向向上，且正在增大，根据楞次定律可知，受电线圈中感应电流由上向下看为顺时针方向，通过电阻的电流方向由c到d，故A正确，B错误；受电线圈与输电线圈电流方向相反，相互排斥，故C错误，D正确。]
9.A [由安培定则可知，螺线管中磁场方向向上，金属棒ab、cd所在处的磁感线方向均向下，当滑动变阻器的滑片向左滑动时，螺线管中电流增大，因此磁场变强，穿过回路的磁通量增大，由楞次定律知，感应电流方向为a→c→d→b→a，由左手定则知，ab棒所受安培力方向向左，cd棒所受安培力方向向右，所以ab棒向左运动，cd棒向右运动，故A正确。]
10.AD [L收缩还是扩张取决于螺线管中产生感应电流的变化情况，t1～t2时间内磁通量的变化率增大，感应电流变大，abcd线框内磁通量变大，L有收缩的趋势，A正确；t2～t3时间内磁通量的变化率为常数，产生的感应电流恒定不变，abcd线框内磁感应强度不变，L没有感应电流，也就没有扩张趋势，B、C错误；根据楞次定律可知，t3～t4时间内由于螺线管内磁通量变化引起的感应电流在线框中为dcba方向并减小，L线圈中原磁场的方向垂直于纸面向里且磁感应强度大小减小，根据楞次定律得L中的感应电流方向为顺时针方向，D正确。]
11.B [由固定线圈的绕线方向和电流方向可以判断出线圈的左端是N极，当闭合开关S瞬间，磁场增大，穿过左侧导线环的磁通量在增大，根据楞次定律可知，导线环中产生与原磁场方向相反的感应磁场，再由右手定则可以判断出左侧导线环中产生从左侧看顺时针方向的感应电流，选项A错误；由于电阻率ρ铜<ρ铝，则铜环的电阻要小一些，在感应电压相同的情况下，产生的感应电流大一些，故安培力也会大一些，选项B正确；当电池正负极调换后，固定线圈左端变成了S极，根据楞次定律可知，闭合开关，磁场增大，会产生排斥力，所以导线环也可以向左弹射，选项C错误；同理，若将铜环放在线圈右侧，铜环与线圈间也会产生排斥力，所以铜环将向右运动，选项D错误。]