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第6讲 探究影响感应电流方向的因素(基础实验)
一、实验知能/系统归纳
一、理清原理与操作
原理装置图
操作要领 (1)确定电流计指针偏转方向与电流流向的关系。 (2)利用图甲研究开关闭合、断开、滑动变阻器滑片移动时电流计指针偏转方向。 (3)利用图乙研究条形磁体N极向下(或S极向下)插入、抽出时电流计指针偏转方向。
二、掌握规律和结论
1.探究规律
以下面四种情况为例:
(1)N极(S极)向下时插入线圈,线圈内磁通量增大时的情况
图号 磁场方向 感应电流的方向 感应电流的磁场方向
甲 向下 逆时针(俯视) 向上
乙 向上 顺时针(俯视) 向下
(2)N极(S极)向下时抽出线圈,线圈内磁通量减小时的情况
图号 磁场方向 感应电流的方向 感应电流的磁场方向
丙 向下 顺时针(俯视) 向下
丁 向上 逆时针(俯视) 向上
2.得出结论
(1)当穿过线圈的磁通量增大时,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小时,感应电流的磁场与原磁场的方向相同。
(2)当磁铁靠近线圈时,两者相斥;当磁铁远离线圈时,两者相吸。
二、应用发展/练中融通
1.(2024·北京高考)用如图1所示的实验装置探究影响感应电流方向的因素。如图2所示,分别把条形磁体的N极或S极插入、拔出螺线管,观察并标记感应电流的方向。
关于本实验,下列说法正确的是 (填选项前的字母)。
A.需要记录感应电流的大小
B.通过观察电流表指针的偏转方向确定感应电流的方向
C.图2中甲和乙表明,感应电流的方向与条形磁体的插入端是N极还是S极有关
2.(2025·福建宁德质检)1834年,物理学家楞次在分析了许多实验事实后,总结得到电磁学中一重要的定律——楞次定律,某兴趣小组为了探究该定律做了以下物理实验:
(1)“探究影响感应电流方向的因素”的实验装置中滑动变阻器采用限流接法,请用笔画线代替导线将图甲中的实物电路补充完整。
(2)图甲实验电路连接后,开关闭合瞬间,发现电流计指针向左偏转;开关处于闭合状态时,电流计指针 (选填“偏转”或“不偏转”);滑动变阻器滑片P向右快速移动时,电流计指针 (选填“向左”“向右”或“不”)偏转。
(3)为了进一步研究,该小组又做了如图乙实验,磁体从靠近线圈上方由静止下落。在磁体穿过整个线圈的过程中,传感器显示电流i随时间t的变化图像如图丙所示,由图可得到的结论是 。
A.感应电流方向与线圈中的磁通量增减有关
B.感应电流方向与磁体下落速度的大小有关
C.感应电流大小与线圈中磁通量的变化快慢有关
3.(2025·新疆和田期末)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。
(1)为了探究线圈中产生感应电流的方向,首先通过实验发现,当有电流从正接线柱流入电流表时,指针向右偏转。如图甲所示,当磁体的N极向下运动时,发现电流表指针向 (选填“左”或“右”)偏转。
(2)如图乙所示,实验中发现闭合开关时,电流表指针向右偏转。电路稳定后,若向右移动滑动变阻器的滑片,此过程中电流表指针向 (选填“左”或“右”)偏转。
(3)在图丙中,某同学第一次将滑动变阻器的滑片从变阻器的右端慢慢滑到左端,第二次将滑动变阻器的滑片从变阻器的右端快速滑到左端,发现电流表的指针摆动的幅度大小不同,第一次比第二次的幅度 (选填“大”或“小”)。
4.(2025·山东济宁质检)为探究影响感应电流方向的因素,同学们做了如下实验。
(1)小明同学用如图甲所示的实验装置探究影响感应电流方向的因素。
①部分实验记录如下:
ⅰ.实验得出所用灵敏电流计指针偏转方向与电流方向间的关系为:当电流从“+”接线柱流入灵敏电流计时,指针向右偏转。
ⅱ.将条形磁铁按如图甲方式N极向下插入螺线管时,发现灵敏电流计的指针向右偏转。判断出螺线管中电流的方向,再判断出螺线管中的感应电流磁场的方向。
ⅲ.经分析可得出结论:当穿过螺线管的磁通量增加时,感应电流产生的磁场与条形磁铁的磁场方向 (填“相同”或“相反”)。
②关于该实验,下列说法正确的是 。
A.只有磁铁N极向下插入螺线管,灵敏电流计指针才会向右偏转
B.将磁铁的S极向下插入螺线管时,灵敏电流计指针向右偏转
C.将磁铁的S极向下插入螺线管时,灵敏电流计指针向左偏转
D.将磁铁向下插入或向上抽出的速度越大,灵敏电流计指针偏转幅度越大
(2)小宁同学用如图乙所示的电路研究感应电流的方向。
①将线圈A插入线圈B中,闭合开关瞬间,发现灵敏电流计指针向左偏转,保持开关闭合,将滑动变阻器的滑片向左匀速移动,则灵敏电流计指针 (填“向左”“向右”或“不”)偏转。
②实验结束后,某同学在开关还没断开,A、B两线圈和铁芯也没分开放置的情况下,直接用手去拆除某线圈处的导线,突然被电击了一下,则该同学被电击是在拆除 (选填“A”或“B”)线圈所在电路时发生的。
5.在“探究影响感应电流方向的因素”的实验中:
(1)首先要确定电流表指针偏转方向与电流方向间的关系,实验中所用电流表量程为100 μA,电源电动势为1.5 V,待选的保护电阻有三种:R1=20 kΩ、R2=1 kΩ、R3=100 Ω,应选用 (填“20 kΩ”“1 kΩ”或“100 Ω”)的电阻。
(2)已测得电流表指针向右偏时,电流是由正接线柱流入。由于某种原因,螺线管线圈绕线标识已经没有了,通过实验查找绕线方向如图甲所示,当磁铁N极插入线圈时,电流表指针向左偏,则线圈的绕线方向是图乙所示的 图(填“左”或“右”)。
(3)若将条形磁铁S极放在下端,从螺线管中拔出,这时电流表的指针应向 偏(填“左”或“右”)。
(4)若将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、电流表及开关,按图丙所示连接。在开关闭合,线圈A放在线圈B中的情况下,某同学发现当他将滑动变阻器的滑片P向左加速滑动时,电流表指针向右偏转。由此可以推断,将线圈A中铁芯向上拔出,能引起电流表指针向 偏转(填“左”或“右”)。
第6讲
1.选BC 本实验探究影响感应电流方向的因素,故不需要记录感应电流的大小,故A错误;本实验通过观察电流表指针的偏转方向确定感应电流的方向,故B正确;由题图2甲和乙知,条形磁体插入N极和S极时,电流方向不同,故感应电流的方向与条形磁体的插入端是N极还是S极有关,故C正确。
2.解析:(1)实物电路如图。
(2)开关处于闭合状态时,线圈A中电流不变,磁感应强度不变,线圈B磁通量不变,不产生感应电流,电流计指针不偏转;
滑动变阻器滑片P向右快速移动时,线圈A所在电路中总电阻变大,线圈A中电流减小,磁感应强度变小,线圈B磁通量变小,故电流计指针向右偏转。
(3)由题图丙可知,磁体从上方进入时电流为正,从下方出来时电流为负,所以感应电流方向与线圈中的磁通量增减有关,与磁体下落速度的大小无关,故A正确,B错误;由题图丙可知,在下落过程中磁体的速度变大,出线圈时的速度大于进入时的速度,磁通量的变化率变快,感应电流也变大,所以感应电流大小与线圈中磁通量的变化快慢有关,故C正确。
答案:(1)见解析图 (2)不偏转 向右 (3)AC
3.解析:(1)磁体N极向下运动时,螺线管中向下的磁通量增大,根据楞次定律可知,螺线管会产生向上的磁场,根据右手螺旋定则可知,电流从正接线柱流入电流表,所以指针向右偏转。
(2)闭合开关,电路中瞬间有电流流过,所以内螺线管中磁场向下增大,根据楞次定律,外螺线管感应电流产生的磁场方向向上,根据右手螺旋定则,感应电流从电流表上端流向下端,电流表指针向右偏转。稳定后,若向右移动滑动变阻器的滑片,接入电路的电阻变大,电流变小,所以内螺线管中的磁场向下减小,外螺线管感应电流产生的磁场方向向下,感应电流从电流表下端流向上端,电流表的指针向左偏转。
(3)迅速滑动滑片和缓慢滑动滑片,电路中的电流变化快慢不同,螺线管中磁通量的变化快慢不同,根据法拉第电磁感应定律E=n可知,第一次产生的感应电动势小,感应电流较小,所以电流表的指针摆动的幅度第一次比第二次小。
答案:(1)右 (2)左 (3)小
4.解析:(1)①由楞次定律可知,感应电流产生的磁场总是阻碍条形磁铁磁场的变化(增反减同),故当穿过螺线管的磁通量增加时,感应电流产生的磁场与条形磁铁的磁场方向相反。
②将磁铁的S极向上拔出螺线管时,灵敏电流计指针也会向右偏转,A错误;由楞次定律结合安培定则知,将磁铁的S极向下插入螺线管时,灵敏电流计指针向左偏转,B错误,C正确;将磁铁向下插入或向上抽出的速度越大,螺线管磁通量变化越快,感应电流越大,灵敏电流计指针偏转幅度越大,D正确。
(2)①由题知,当闭合开关瞬间,线圈A中电流瞬间增加,电流计指针向左偏转,由实物图知,将滑动变阻器的滑片向左匀速移动,电路中总电阻减小,线圈A中电流继续增加,故电流计指针向左偏转。
②在拆除A线圈时,原电路中存在电流,断开A线圈,由于线圈的断电自感现象而产生自感电动势,与人体组成回路,电流经过人体时产生被电击的感应,则小宁同学被电击是在拆除A线圈所在电路时发生的。
答案:(1)①相反 ②CD (2)①向左 ②A
5.解析:(1)由闭合电路欧姆定律有R== Ω=1.5×104 Ω,R1>R,不会使电流超过电流表量程,因此应选20 kΩ的电阻。
(2)已测得电流表指针向右偏时,电流是由正接线柱流入,当磁铁N极插入螺线管时,根据楞次定律,感应电流的磁场阻碍磁通量的增加,螺线管上端应为N极,下端为S极,又电流表指针向左偏,可知电流是由电流表正接线柱流出至螺线管上端接线柱,由安培定则可判断螺线管的绕线方向如题图乙中左图所示。
(3)若将条形磁铁S极放在下端,从螺线管中拔出时,感应电流的磁场应阻碍磁通量的减少,螺线管上端应为N极,下端为S极,由螺线管的绕线方向可以判定电流是从电流表的负接线柱流入,故指针向左偏。
(4)由题意可知当P向左加速滑动时,线圈A中的电流应越来越小,则其磁场减弱,此时线圈B中产生的电流使指针向右偏转,由此可知,当B中的磁通量减小时,电流表指针右偏;当将线圈A中铁芯向上拔出的过程中,穿过线圈B的磁通量减小,电流表指针向右偏转。
答案:(1)20 kΩ (2)左 (3)左 (4)右
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探究影响感应电流方向的因素
(基础实验)
第 6 讲
1
一、实验知能/系统归纳
2
二、应用发展/练中融通
CONTENTS
目录
一、实验知能/系统归纳
一、理清原理与操作
原理装置图
操作要领 (1)确定电流计指针偏转方向与电流流向的关系。
(2)利用图甲研究开关闭合、断开、滑动变阻器滑片移动时电流计指针偏转方向。
(3)利用图乙研究条形磁体N极向下(或S极向下)插入、抽出时电流计指针偏转方向。
二、掌握规律和结论
1.探究规律
以下面四种情况为例：
(1)N极(S极)向下时插入线圈，线圈内磁通量增大时的情况
图号 磁场方向 感应电流的方向 感应电流的磁场方向
甲 向下 逆时针(俯视) 向上
乙 向上 顺时针(俯视) 向下
(2)N极(S极)向下时抽出线圈，线圈内磁通量减小时的情况
图号 磁场方向 感应电流的方向 感应电流的磁场方向
丙 向下 顺时针(俯视) 向下
丁 向上 逆时针(俯视) 向上
2.得出结论
(1)当穿过线圈的磁通量增大时，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小时，感应电流的磁场与原磁场的方向相同。
(2)当磁铁靠近线圈时，两者相斥；当磁铁远离线圈时，两者相吸。
二、应用发展/练中融通
1.(2024·北京高考)用如图1所示的实验装置探究影响感应电流方向的因素。如图2所示，分别把条形磁体的N极或S极插入、拔出螺线管，观察并标记感应电流的方向。
关于本实验，下列说法正确的是_________ (填选项前的字母)。
A.需要记录感应电流的大小
B.通过观察电流表指针的偏转方向确定感应电流的方向
C.图2中甲和乙表明，感应电流的方向与条形磁体的插入端是N极还是S极有关
BC
解析：本实验探究影响感应电流方向的因素，故不需要记录感应电流的大小，故A错误；本实验通过观察电流表指针的偏转方向确定感应电流的方向，故B正确；由题图2甲和乙知，条形磁体插入N极和S极时，电流方向不同，故感应电流的方向与条形磁体的插入端是N极还是S极有关，故C正确。
2.(2025·福建宁德质检)1834年，物理学家楞次在分析了许多实验事实后，总结得到电磁学中一重要的定律——楞次定律，某兴趣小组为了探究该定律做了以下物理实验：
(1)“探究影响感应电流方向的因素”的实验装置中滑动变阻器
采用限流接法，请用笔画线代
替导线将图甲中的实物电路补
充完整。
答案：见解析图
解析：实物电路如图。
(2)图甲实验电路连接后，开关闭合瞬间，发现电流计指针向左偏转；开关处于闭合状态时，电流计指针________ (选填“偏转”或“不偏转”)；滑动变阻器滑片P向右快速移动时，电流计指针______(选填“向左”“向右”或“不”)偏转。
解析：开关处于闭合状态时，线圈A中电流不变，磁感应强度不变，线圈B磁通量不变，不产生感应电流，电流计指针不偏转；滑动变阻器滑片P向右快速移动时，线圈A所在电路中总电阻变大，线圈A中电流减小，磁感应强度变小，线圈B磁通量变小，故电流计指针向右偏转。
不偏转
向右
(3)为了进一步研究，该小组又做了如图乙实验，磁体从靠近线圈上方由静止下落。在磁体穿过整个线圈的过程中，传感器显示电流i随时间t的变化图像如图丙所示，由图可得到的结论是_______。
A.感应电流方向与线圈中的磁通量增减有关
B.感应电流方向与磁体下落速度的大小有关
C.感应电流大小与线圈中磁通量的变化快慢有关
AC
解析：由题图丙可知，磁体从上方进入时电流为正，从下方出来时电流为负，所以感应电流方向与线圈中的磁通量增减有关，与磁体下落速度的大小无关，故A正确，B错误；由题图丙可知，在下落过程中磁体的速度变大，出线圈时的速度大于进入时的速度，磁通量的变化率变快，感应电流也变大，所以感应电流大小与线圈中磁通量的变化快慢有关，故C正确。
3.(2025·新疆和田期末)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。
(1)为了探究线圈中产生感应电流的方向，首先通过实验发现，当有电流从正接线柱流入电流表时，指针向右偏转。如图甲所示，当磁体的N极向下运动时，发现电流表指针向________ (选填“左”或“右”)偏转。
解析：磁体N极向下运动时，螺线管中向下的磁通量增大，根据楞次定律可知，螺线管会产生向上的磁场，根据右手螺旋定则可知，电流从正接线柱流入电流表，所以指针向右偏转。
右
(2)如图乙所示，实验中发现闭合开关时，电流表指针向右偏转。电路稳定后，若向右移动滑动变阻器的滑片，此过程中电流表指针向_____
(选填“左”或“右”)偏转。
解析：闭合开关，电路中瞬间有电流流过，所以内螺线管中磁场向下增大，根据楞次定律，外螺线管感应电流产生的磁场方向向上，根据右手螺旋定则，感应电流从电流表上端流向下端，电流表指针向右偏转。稳定后，若向右移动滑动变阻器的滑片，接入电路的电阻变大，电流变小，所以内螺线管中的磁场向下减小，外螺线管感应电流产生的磁场方向向下，感应电流从电流表下端流向上端，电流表的指针向左偏转。
左
(3)在图丙中，某同学第一次将滑动变阻器的滑片从变阻器的右端慢慢滑到左端，第二次将滑动变阻器的滑片从变阻器的右端快速滑到左端，发现电流表的指针摆动的幅度大小不同，第一次比第二次的幅度______ (选填“大”或“小”)。
解析：迅速滑动滑片和缓慢滑动滑片，电路中的电流变化快慢不同，螺线管中磁通量的变化快慢不同，根据法拉第电磁感应定律E= n可知，第一次产生的感应电动势小，感应电流较小，所以电流表的指针摆动的幅度第一次比第二次小。
小
4.(2025·山东济宁质检)为探究影响感应电流方向的因素，同学们做了如下实验。
(1)小明同学用如图甲所示的实验装置探究影响感应电流方向的因素。
①部分实验记录如下：
ⅰ.实验得出所用灵敏电流计指针偏转方向与电流方向间的关系为：当电流从“+”接线柱流入灵敏电流计时，指针向右偏转。
ⅱ.将条形磁铁按如图甲方式N极向下插入螺线管时，发现灵敏电流计的指针向右偏转。判断出螺线管中电流的方向，再判断出螺线管中的感应电流磁场的方向。
ⅲ.经分析可得出结论：当穿过螺线管的磁通量增加时，感应电流产生的磁场与条形磁铁的磁场方向________ (填“相同”或“相反”)。
解析：①由楞次定律可知，感应电流产生的磁场总是阻碍条形磁铁磁场的变化(增反减同)，故当穿过螺线管的磁通量增加时，感应电流产生的磁场与条形磁铁的磁场方向相反。
相反
②关于该实验，下列说法正确的是_______。
A.只有磁铁N极向下插入螺线管，灵敏电流计指针才会向右偏转
B.将磁铁的S极向下插入螺线管时，灵敏电流计指针向右偏转
C.将磁铁的S极向下插入螺线管时，灵敏电流计指针向左偏转
D.将磁铁向下插入或向上抽出的速度越大，灵敏电流计指针偏转幅度越大
CD
解析：②将磁铁的S极向上拔出螺线管时，灵敏电流计指针也会向右偏转，A错误；由楞次定律结合安培定则知，将磁铁的S极向下插入螺线管时，灵敏电流计指针向左偏转，B错误，C正确；将磁铁向下插入或向上抽出的速度越大，螺线管磁通量变化越快，感应电流越大，灵敏电流计指针偏转幅度越大，D正确。
(2)小宁同学用如图乙所示的电路研究感应电流的方向。
①将线圈A插入线圈B中，闭合开关瞬间，发现灵敏电流计指针向左偏转，保持开关闭合，将滑动变阻器的滑片向左匀速移动，则灵敏电流计指针________ (填“向左”“向右”或“不”)偏转。
向左
解析：①由题知，当闭合开关瞬间，线圈A中电流瞬间增加，电流计指针向左偏转，由实物图知，将滑动变阻器的滑片向左匀速移动，电路中总电阻减小，线圈A中电流继续增加，故电流计指针向左偏转。
②实验结束后，某同学在开关还没断开，A、B两线圈和铁芯也没分开放置的情况下，直接用手去拆除某线圈处的导线，突然被电击了一下，则该同学被电击是在拆除_______(选填“A”或“B”)线圈所在电路时发生的。
解析： ②在拆除A线圈时，原电路中存在电流，断开A线圈，由于线圈的断电自感现象而产生自感电动势，与人体组成回路，电流经过人体时产生被电击的感应，则小宁同学被电击是在拆除A线圈所在电路时发生的。
A
5.在“探究影响感应电流方向的因素”的实验中：
(1)首先要确定电流表指针偏转方向与电流方向间的关系，实验中所用电流表量程为100 μA，电源电动势为1.5 V，待选的保护电阻有三种：R1=20 kΩ、R2=1 kΩ、R3=100 Ω，应选用________ (填“20 kΩ” “1 kΩ”或“100 Ω”)的电阻。
解析：由闭合电路欧姆定律有R== Ω=1.5×104 Ω，R1>R，不会使电流超过电流表量程，因此应选20 kΩ的电阻。
20 kΩ
(2)已测得电流表指针向右偏时，电流是由正接线柱流入。由于某种原因，螺线管线圈绕线标识已经没有了，通过实验查找绕线方向如图甲所示，当磁铁N极插入线圈时，电流表指针向左偏，则线圈的绕线方向是图乙所示的_________图(填“左”或“右”)。
左
解析：已测得电流表指针向右偏时，电流是由正接线柱流入，当磁铁N极插入螺线管时，根据楞次定律，感应电流的磁场阻碍磁通量的增加，螺线管上端应为N极，下端为S极，又电流表指针向左偏，可知电流是由电流表正接线柱流出至螺线管上端接线柱，由安培定则可判断螺线管的绕线方向如题图乙中左图所示。
(3)若将条形磁铁S极放在下端，从螺线管中拔出，这时电流表的指针应向________偏(填“左”或“右”)。
解析：若将条形磁铁S极放在下端，从螺线管中拔出时，感应电流的磁场应阻碍磁通量的减少，螺线管上端应为N极，下端为S极，由螺线管的绕线方向可以判定电流是从电流表的负接线柱流入，故指针向左偏。
左
(4)若将电池组、滑动变阻器、带铁芯
的线圈A、线圈B、电流表及开关，按图丙
所示连接。在开关闭合，线圈A放在线圈B
中的情况下，某同学发现当他将滑动变阻
器的滑片P向左加速滑动时，电流表指针向
右偏转。由此可以推断，将线圈A中铁芯向上拔出，能引起电流表指针向________偏转(填“左”或“右”)。
右
解析：由题意可知当P向左加速滑动时，线圈A中的电流应越来越小，则其磁场减弱，此时线圈B中产生的电流使指针向右偏转，由此可知，当B中的磁通量减小时，电流表指针右偏；当将线圈A中铁芯向上拔出的过程中，穿过线圈B的磁通量减小，电流表指针向右偏转。
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