第6讲 实验:探究影响感应电流方向的因素
一、实验目的
研究闭合电路中磁通量的变化与产生的感应电流方向的关系。
二、实验原理
1.探究电流计指针的偏转方向与电流方向的关系。
探究电路如图所示,探究出电流从电流计的“+”“-”接线柱流入方向与指针的偏转方向的关系,从而用该电流计判断感应电流的方向。
2.将磁体的不同磁极插入、拔出线圈,观察感应电流方向的变化。通过分析感应电流的方向与磁体的磁场方向、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,实验装置如图所示。
三、实验器材
条形磁体、电流计、线圈、导线、干电池、滑动变阻器、开关。
四、实验步骤
1.确定电流计指针偏转方向与电流方向(流入“+”“-”接线柱的方向)的关系。
(1)按图连接电路。
(2)调节滑动变阻器,使接入电路的电阻最大。
(3)迅速闭合开关,发现电流计指针偏转后立即断开开关。
(4)记录电流方向与电流计的指针偏转方向和电流计“+”“-”接线柱接线情况,找出它们之间的关系,记入表格。
电流流入电流计的情况 电流计指针偏转方向
电流从“+”接线柱流入
电流从“-”接线柱流入
2.探究磁场方向、磁通量变化情况与感应电流方向的关系。
(1)按如图所示连接电路,明确螺线管的绕线方向。
(2)按照控制变量的方法分别进行N极(S极)插入线圈和N极(S极)抽出线圈的实验,如图所示。
(3)观察并记录磁场方向、电流方向,根据磁通量大小变化情况,分别将结果填入表格。
①N极(S极)向下插入线圈,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
②N极(S极)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
五、实验结论
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。
六、注意事项
1.电流计选用零刻度在中间的灵敏电流计。
2.确定电流方向与电流计指针偏转方向的关系时,要用试触法并注意防止电流过大或通电时间过长损坏电流计。
3.进行一种操作后,等电流计指针回零后再进行下一种操作。
4.实验前设计好表格,并明确线圈的绕线方向。
5.按照控制变量的思想进行实验。
考点一 基础性实验
[例1] 【实验原理的考查】 (2024·北京海淀期末)为探究影响感应电流方向的因素,同学们做了如下的实验。
(1)用如图甲的实验装置“探究影响感应电流方向的因素”,所用电流表指针偏转方向与电流方向间的关系为:当电流从“+”接线柱流入电流表时,指针向右偏转。
①将条形磁体按如图甲方式S极向下匀速插入螺线管时,发现电流表的指针向右偏转。螺线管的绕线方向如图乙所示。请在图乙中标出螺线管中的感应电流方向。
②接上面的①,将条形磁体从螺线管中抽出时,电流表的指针向 (选填“左”或“右”)偏转。
(2)某同学用如图丙所示的器材研究感应电流的方向。
①在给出的实物图中,用笔画线代替导线将实验仪器连成完整的实验电路。
②将线圈A插入线圈B中,闭合开关S瞬间,发现电流计指针右偏,则保持开关闭合,下列操作中也能使电流计指针右偏的是 。(多选)
A.插入铁芯
B.拔出线圈A
C.将滑动变阻器的滑片向左移动
D.将滑动变阻器的滑片向右移动
③写出闭合导体回路中产生感应电流的条件: 。
(3)如图丁所示是一种延时继电器的示意图。铁芯上有两个线圈A和B。线圈A和电源连接,线圈B与直导线ab构成一个闭合回路。弹簧K与衔铁D相连,D的右端触头C连接工作电路(未画出)。开关S闭合状态下,工作电路处于导通状态。S断开瞬间,延时功能启动,此时直导线ab中电流方向为 (选填“a到b”或“b到a”)。
【答案】 (1)①图见解析 ②左
(2)①图见解析 ②AC ③穿过闭合导体回路的磁通量发生变化 (3)b到a
【解析】 (1)
①当电流从“+”接线柱流入电流表时,指针向右偏转,可知线圈中电流方向由B流向A,如图a所示。
②将条形磁体从螺线管中抽出时,穿过线圈的磁通量减小,根据楞次定律可知,感应电流的磁场应与原磁场方向相同且向上,阻碍磁通量的减小,根据安培定则可知,线圈中感应电流方向由A到B,则电流从“-”接线柱流入电流表,电流表的指针向左偏转。
(2)①完整的实验电路如图b所示。
②将线圈A插入线圈B中,闭合开关S瞬间,发现电流计指针右偏,可知当线圈B中的磁通量增加时,电流计指针右偏。插入铁芯,线圈B中的磁通量增加,电流计指针右偏,故A正确;拔出线圈A,线圈B中的磁通量减少,电流计指针左偏,故B错误;将滑动变阻器的滑片向左移动,线圈A中电流增大,线圈B中的磁通量增加,电流计指针右偏,故C正确;将滑动变阻器的滑片向右移动,线圈A中电流减小,线圈B中的磁通量减少,电流计指针左偏,故D错误。
③闭合导体回路中产生感应电流的条件是穿过闭合导体回路的磁通量发生变化。
(3)S断开瞬间,延时功能启动,此时穿过线圈B的磁通量向上减小,根据楞次定律可知,线圈B中感应电流产生的磁场方向向上,则此时直导线ab中电流方向为b到a。
[例2] 【实验过程的考查】 (2025·山东济宁模拟)为探究影响感应电流方向的因素,同学们做了如下实验。
(1)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.实验得出所用电流表指针偏转方向与电流方向间的关系为:当电流从“+”接线柱流入电流表时,指针向右偏转。
Ⅱ.将条形磁体按如图甲方式N极向下插入螺线管时,发现电流表的指针向右偏转。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体的磁场方向 (选填“相同”或“相反”)。
②关于该实验,下列说法正确的是 。(多选)
A.只有磁体N极向下插入螺线管,灵敏电流计指针才会向右偏转
B.将磁体的S极向下插入螺线管时,灵敏电流计指针向右偏转
C.将磁体的S极向下插入螺线管时,灵敏电流计指针向左偏转
D.将磁体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)某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S瞬间,发现电流计指针向左偏转,则保持开关闭合,将滑动变阻器的滑片向左匀速移动,则电流计指针 (选填“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线圈 (选填“A”或“B”)所在电路时发生的。
【答案】 (1)①相反 ②CD (2)①向左 ②A
【解析】 (1)①由题可知,电流由B流向A,根据安培定则可知,感应电流产生的磁场方向向上,故感应电流产生的磁场与条形磁体的磁场方向相反。
②将磁体的S极向下插入螺线管后,向上将磁体拔出螺线管时,灵敏电流计指针也会向右偏转,A错误;将磁体的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;将磁体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,D正确。
(2)①由题知,当闭合开关S瞬间,线圈A中电流瞬间增加,电流计指针向左偏转,由题图乙知,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中电流一直增大,故电流计指针向左偏转。
②拆除线圈A时,A、B线圈产生的感应电流阻碍线圈A中电流减小,线圈A电流瞬间增加,故该同学被电击是在拆除线圈A所在电路时发生的。
考点二 创新性实验
[例3] 【实验器材的创新】 (2024·天津和平期末)(1)由如图所示装置探究感应电流的方向具有的规律,其中G为灵敏电流计,没有电流通过时指针指向中间刻度,这种实验方案采用了 (选填“归纳总结”或“假设推理”)物理思想方法。
(2)某兴趣小组采用如图5所示的电路来研究电磁感应现象,A、B为两个规格相同的灵敏电流计,Rt为热敏电阻,其阻值随温度的变化规律如图6所示;D是两个套在一起的大、小线圈,小线圈与A的电路连接,大线圈与B构成闭合电路。开关S闭合,100 ℃时电流表指针位置如图5,温度逐渐降低到20 ℃的过程中,A灵敏电流计的指针偏转角将 (选填“增大”“减小”或“不变”),B灵敏电流计的指针将 (选填“指在中间刻度”“偏向中间刻度右侧”或“偏向中间刻度左侧”)。
【答案】 (1)归纳总结 (2)减小 偏向中间刻度右侧
【解析】 (1)该实验中由于灵敏电流计在没有电流通过时指针指在中间刻度,所以可以通过确认电流计指针偏转方向与通过电流计的电流方向的关系知道产生的感应电流的具体的方向,同时通过记录磁体在线圈中的磁场方向,最后判断出磁场的变化与感应电流方向的关系,然后结合实验现象总结归纳,得出相应的结论,所以该实验使用的方法为归纳总结法。
(2)电流表A与电源等组成闭合回路,在温度由100 ℃逐渐降低到20 ℃的过程中,接入电路中的电阻变大,由闭合电路欧姆定律可知,电路中的电流减小,即电流表A的指针偏转角减小;电路中的电流减小,电流产生的磁场减弱,穿过大线圈的磁通量减小,由楞次定律和安培定则可知,电流从电流表B的右边进入,所以电流表B指针将偏向中间刻度右侧。
[例4] 【实验目的的创新】 (2024·山东枣庄期末)某同学想应用楞次定律判断线圈缠绕方向,设计的实验装置原理图如图甲所示。选用的器材有:一个磁性很强的条形磁体,两个发光二极管(电压在1.5 V至5 V都可发光且保证安全),一只多用电表,导线若干。操作步骤如下:
①用多用电表的电阻挡测出二极管的正、负极。
②把二极管、线圈按如图甲所示电路用导线连接成实验电路。
③把条形磁体插入线圈时,二极管E发光;拔出时,二极管F发光。
④根据楞次定律判断出线圈的缠绕方向。
请回答下列问题:
(1)线圈缠绕方向如图乙中的 (选填“A”或“B”)。
(2)条形磁体运动越快,二极管发光的亮度就越大,这说明感应电动势随 的增大而增大。
(3)该同学想用这个装置检测某电器附近是否有强磁场,他应该如何做 请你给出一条建议: 。
【答案】 (1)A (2)磁通量的变化率 (3)见解析
【解析】 (1)把条形磁体插入线圈时,磁通量向下增大,则线圈产生的感应电流的磁场向上,根据二极管E发光可知,电流方向为顺时针,故线圈缠绕方向为题图乙中的A。
(2)磁体从初始到完全插入,磁通量的变化量相同,速度越快,磁通量变化越快,二极管发光的亮度就越大,说明感应电动势随着磁通量变化率的增大而增大。
(3)用该装置右侧螺线管部分迅速靠近和远离用电器,如有二极管发光,则用电器附近有强磁场,若无二极管发光,则用电器附近没有强磁场。
1.(6分)(2024·北京卷,15)(多选)用如图a所示的实验装置探究影响感应电流方向的因素。如图b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b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
【答案】 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;通过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b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.(6分)(2024·上海徐汇期末)在“研究电磁感应现象”的实验中,所用的器材如图所示。
(1)请按实验要求用笔画线代替导线将实物连接成实验电路。
(2)在实验中,闭合开关后,下列可以使线圈B中产生感应电流的是 。(多选)
A.把线圈A插入到线圈B中
B.改变滑动变阻器阻值
C.将铁芯C在原处绕中心轴转动
D.断开开关
【答案】 (1)图见解析 (2)ABD
【解析】 (1)探究电磁感应现象实验电路分两部分,电源、开关、滑动变阻器、线圈A组成闭合电路,电流计与线圈B组成另一个闭合电路,电路图如图所示。
(2)把线圈A插入到线圈B中,导致穿过线圈B的磁通量增大,从而产生感应电流,故A正确;改变滑动变阻器阻值,导致穿过线圈B的磁通量发生变化,从而产生感应电流,故B正确;将铁芯C在原处绕中心轴转动,穿过线圈B的磁通量不变,不会产生感应电流,故C错误;断开开关,则导致穿过线圈B的磁通量瞬间减小,从而产生感应电流,故D正确。
3.(6分)(2025·浙江绍兴模拟)如图所示是“探究影响感应电流方向的因素”的实验装置。
(1)判断感应电流的方向时 (选填“需要”或“不需要”)确定线圈的绕法,为了弄清楚灵敏电流计指针偏转方向与电流流向的关系,可以用多用电表的 (选填“电压挡”“电流挡”或“电阻挡”)进行检测。
(2)强磁体快速插入线圈后保持静止,此过程中灵敏电流计指针的偏转情况可能是 。
A.一直在“0”刻度位置
B.从“0”刻度开始向右偏转到最大并维持此角度不变
C.从“0”刻度开始向右偏转再向左偏转并越过“0”最后右偏回到“0”位置
【答案】 (1)需要 电阻挡 (2)C
【解析】 (1)判断感应电流方向时需要用到楞次定律结合安培定则进行判断,右手四指环绕的方向即为感应电流的方向,因此需要确定线圈的绕法。多用电表内部含有直流电源的为电阻挡,因此可用电表的电阻挡对电流进行测试。
(2)强磁体快速插入线圈的过程中,穿过线圈的磁通量发生改变,回路中将产生感应电流,灵敏电流计指针将从“0”刻度开始偏转,磁体插入线圈中保持静止后,磁通量不再改变,此时不会有感应电流,最终灵敏电流计指针将回到“0”刻度位置。
4.(10分)(2025·福建厦门模拟)某同学正在探究影响感应电流方向的因素,已知当电流从灵敏电流计的正接线柱流入时,灵敏电流计的指针向右偏转。
(1)如图甲所示,导体棒ab向右匀速平移的过程中,电流计的指针将 (选填“向左”“向右”或“不发生”)偏转。
(2)该同学研究回路中感应电动势大小与磁通量变化快慢的关系时采用了如图乙所示的实验装置,该同学用螺旋测微器测量挡光片的宽度示数如图丙所示,则挡光片的宽度d=
mm;实验中让小车以不同速度靠近螺线管,记录下光电门挡光时间Δt和Δt内的感应电动势的平均值E,改变小车速度进行多次实验,得到多组数据,为了更直观地体现E和Δt的关系,若以E为纵坐标,则横坐标应为 ;误差范围内绘制的图像为一条过原点的直线,则得出的结论是 。
(3)其他条件都不变,若换用匝数加倍的线圈做实验,根据实验数据所作出的那条直线图像斜率 (选填“减半”“不变”或“加倍”)。
【答案】 (1)向左 (2)5.665(5.664～5.666均可) 在误差允许的范围内感应电动势与磁通量的变化率成正比 (3)加倍
【解析】 (1)导体棒ab向右匀速运动的过程中,根据右手定则可知,感应电流由电流计的负接线柱流入,结合题中条件可知,电流计的指针将向左偏转。
(2)螺旋测微器的分度值为0.01 mm,可动刻度估读到0.1格,挡光片的宽度d=5.5 mm+16.5×0.01 mm=5.665 mm;在挡光片每次经过光电门的过程中,磁体与线圈之间相对位置的改变量都一样,即穿过线圈的磁通量的变化量ΔΦ相同,这种情况下E与成正比,横坐标应该是;根据绘制的E-图像是一条过原点的直线,可以得出的结论是在误差允许的范围内感应电动势与磁通量的变化率成正比。
(3)匝数n加倍后,产生的感应电动势加倍,E-图像纵坐标加倍,横坐标不变,所以新图像的斜率加倍。
5.(12分)(2024·四川内江期末)某同学利用如图a所示实验装置,来完成“探究影响感应电流方向的因素”的实验。则:
(1)下表为该同学记录的实验现象:
序号 磁体磁场 的方向 (正视) 磁体运 动情况 指针偏 转情况 感应电流的 磁场方向 (正视)
1 向下 插入线圈 向左 向上
2 向下 拔出线圈 向右 向下
3 向上 插入线圈 向右 向下
4 向上 拔出线圈 向左 向上
由实验记录1、3可发现穿过闭合回路的磁通量增大,感应电流的磁场方向与原磁场方向 ;由实验记录2、4可发现穿过闭合回路的磁通量减小时,感应电流的磁场方向与原磁场方向 ;由此得出的结论是感应电流的磁场总是阻碍原磁场的 的变化。
(2)该同学利用上面实验中得到的结论,在如图b所示装置中,两个电流表完全相同,零刻度居中。闭合开关后,当滑动变阻器R的滑片P不动时,甲、乙两个电流表指针位置如图所示。该同学进行了一些操作,发现电流表乙的指针向左偏转。那么,该同学可能进行的操作是① ;
② 。
【答案】 (1)相反 相同 磁通量 (2)①断开开关,等电路稳定后再闭合开关的瞬间 ②滑动变阻器的滑片向a端迅速滑动
【解析】 (1)由实验记录1、3可发现穿过闭合回路的磁通量增大,感应电流的磁场方向与原磁场方向相反;由实验记录2、4可发现穿过闭合回路的磁通量减小时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相同;由此得出的结论是感应电流的磁场总是阻碍原磁场的磁通量的变化。
(2)两电流表完全相同,电流从哪边流入,指针向哪边偏转;当该同学进行了一些操作,发现电流表乙的指针向左偏转,可知电流从左方流入;根据楞次定律和安培定则可知线圈A中电流变大,则可能进行了的操作是断开开关,等电路稳定后再闭合开关的瞬间;滑动变阻器的滑片向a端迅速滑动。
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)第6讲 实验:探究影响感应电流方向的因素
一、实验目的
研究闭合电路中磁通量的变化与产生的感应电流方向的关系。
二、实验原理
1.探究电流计指针的偏转方向与电流方向的关系。
探究电路如图所示,探究出电流从电流计的“+”“-”接线柱流入方向与指针的偏转方向的关系,从而用该电流计判断感应电流的方向。
2.将磁体的不同磁极插入、拔出线圈,观察感应电流方向的变化。通过分析感应电流的方向与磁体的磁场方向、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,实验装置如图所示。
三、实验器材
条形磁体、电流计、线圈、导线、干电池、滑动变阻器、开关。
四、实验步骤
1.确定电流计指针偏转方向与电流方向(流入“+”“-”接线柱的方向)的关系。
(1)按图连接电路。
(2)调节滑动变阻器,使接入电路的电阻最大。
(3)迅速闭合开关,发现电流计指针偏转后立即断开开关。
(4)记录电流方向与电流计的指针偏转方向和电流计“+”“-”接线柱接线情况,找出它们之间的关系,记入表格。
电流流入电流计的情况 电流计指针偏转方向
电流从“+”接线柱流入
电流从“-”接线柱流入
2.探究磁场方向、磁通量变化情况与感应电流方向的关系。
(1)按如图所示连接电路,明确螺线管的绕线方向。
(2)按照控制变量的方法分别进行N极(S极)插入线圈和N极(S极)抽出线圈的实验,如图所示。
(3)观察并记录磁场方向、电流方向,根据磁通量大小变化情况,分别将结果填入表格。
①N极(S极)向下插入线圈,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
②N极(S极)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
五、实验结论
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。
六、注意事项
1.电流计选用零刻度在中间的灵敏电流计。
2.确定电流方向与电流计指针偏转方向的关系时,要用试触法并注意防止电流过大或通电时间过长损坏电流计。
3.进行一种操作后,等电流计指针回零后再进行下一种操作。
4.实验前设计好表格,并明确线圈的绕线方向。
5.按照控制变量的思想进行实验。
考点一 基础性实验
[例1] 【实验原理的考查】 (2024·北京海淀期末)为探究影响感应电流方向的因素,同学们做了如下的实验。
(1)用如图甲的实验装置“探究影响感应电流方向的因素”,所用电流表指针偏转方向与电流方向间的关系为:当电流从“+”接线柱流入电流表时,指针向右偏转。
①将条形磁体按如图甲方式S极向下匀速插入螺线管时,发现电流表的指针向右偏转。螺线管的绕线方向如图乙所示。请在图乙中标出螺线管中的感应电流方向。
②接上面的①,将条形磁体从螺线管中抽出时,电流表的指针向 (选填“左”或“右”)偏转。
(2)某同学用如图丙所示的器材研究感应电流的方向。
①在给出的实物图中,用笔画线代替导线将实验仪器连成完整的实验电路。
②将线圈A插入线圈B中,闭合开关S瞬间,发现电流计指针右偏,则保持开关闭合,下列操作中也能使电流计指针右偏的是 。(多选)
A.插入铁芯
B.拔出线圈A
C.将滑动变阻器的滑片向左移动
D.将滑动变阻器的滑片向右移动
③写出闭合导体回路中产生感应电流的条件: 。
(3)如图丁所示是一种延时继电器的示意图。铁芯上有两个线圈A和B。线圈A和电源连接,线圈B与直导线ab构成一个闭合回路。弹簧K与衔铁D相连,D的右端触头C连接工作电路(未画出)。开关S闭合状态下,工作电路处于导通状态。S断开瞬间,延时功能启动,此时直导线ab中电流方向为 (选填“a到b”或“b到a”)。
[例2] 【实验过程的考查】 (2025·山东济宁模拟)为探究影响感应电流方向的因素,同学们做了如下实验。
(1)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.实验得出所用电流表指针偏转方向与电流方向间的关系为:当电流从“+”接线柱流入电流表时,指针向右偏转。
Ⅱ.将条形磁体按如图甲方式N极向下插入螺线管时,发现电流表的指针向右偏转。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体的磁场方向 (选填“相同”或“相反”)。
②关于该实验,下列说法正确的是 。(多选)
A.只有磁体N极向下插入螺线管,灵敏电流计指针才会向右偏转
B.将磁体的S极向下插入螺线管时,灵敏电流计指针向右偏转
C.将磁体的S极向下插入螺线管时,灵敏电流计指针向左偏转
D.将磁体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)某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S瞬间,发现电流计指针向左偏转,则保持开关闭合,将滑动变阻器的滑片向左匀速移动,则电流计指针 (选填“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线圈 (选填“A”或“B”)所在电路时发生的。
考点二 创新性实验
[例3] 【实验器材的创新】 (2024·天津和平期末)(1)由如图所示装置探究感应电流的方向具有的规律,其中G为灵敏电流计,没有电流通过时指针指向中间刻度,这种实验方案采用了 (选填“归纳总结”或“假设推理”)物理思想方法。
(2)某兴趣小组采用如图5所示的电路来研究电磁感应现象,A、B为两个规格相同的灵敏电流计,Rt为热敏电阻,其阻值随温度的变化规律如图6所示;D是两个套在一起的大、小线圈,小线圈与A的电路连接,大线圈与B构成闭合电路。开关S闭合,100 ℃时电流表指针位置如图5,温度逐渐降低到20 ℃的过程中,A灵敏电流计的指针偏转角将 (选填“增大”“减小”或“不变”),B灵敏电流计的指针将 (选填“指在中间刻度”“偏向中间刻度右侧”或“偏向中间刻度左侧”)。
[例4] 【实验目的的创新】 (2024·山东枣庄期末)某同学想应用楞次定律判断线圈缠绕方向,设计的实验装置原理图如图甲所示。选用的器材有:一个磁性很强的条形磁体,两个发光二极管(电压在1.5 V至5 V都可发光且保证安全),一只多用电表,导线若干。操作步骤如下:
①用多用电表的电阻挡测出二极管的正、负极。
②把二极管、线圈按如图甲所示电路用导线连接成实验电路。
③把条形磁体插入线圈时,二极管E发光;拔出时,二极管F发光。
④根据楞次定律判断出线圈的缠绕方向。
请回答下列问题:
(1)线圈缠绕方向如图乙中的 (选填“A”或“B”)。
(2)条形磁体运动越快,二极管发光的亮度就越大,这说明感应电动势随 的增大而增大。
(3)该同学想用这个装置检测某电器附近是否有强磁场,他应该如何做 请你给出一条建议: 。
(满分:40分)
1.(6分)(2024·北京卷,15)(多选)用如图a所示的实验装置探究影响感应电流方向的因素。如图b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b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.(6分)(2024·上海徐汇期末)在“研究电磁感应现象”的实验中,所用的器材如图所示。
(1)请按实验要求用笔画线代替导线将实物连接成实验电路。
(2)在实验中,闭合开关后,下列可以使线圈B中产生感应电流的是 。(多选)
A.把线圈A插入到线圈B中
B.改变滑动变阻器阻值
C.将铁芯C在原处绕中心轴转动
D.断开开关
3.(6分)(2025·浙江绍兴模拟)如图所示是“探究影响感应电流方向的因素”的实验装置。
(1)判断感应电流的方向时 (选填“需要”或“不需要”)确定线圈的绕法,为了弄清楚灵敏电流计指针偏转方向与电流流向的关系,可以用多用电表的 (选填“电压挡”“电流挡”或“电阻挡”)进行检测。
(2)强磁体快速插入线圈后保持静止,此过程中灵敏电流计指针的偏转情况可能是 。
A.一直在“0”刻度位置
B.从“0”刻度开始向右偏转到最大并维持此角度不变
C.从“0”刻度开始向右偏转再向左偏转并越过“0”最后右偏回到“0”位置
4.(10分)(2025·福建厦门模拟)某同学正在探究影响感应电流方向的因素,已知当电流从灵敏电流计的正接线柱流入时,灵敏电流计的指针向右偏转。
(1)如图甲所示,导体棒ab向右匀速平移的过程中,电流计的指针将 (选填“向左”“向右”或“不发生”)偏转。
(2)该同学研究回路中感应电动势大小与磁通量变化快慢的关系时采用了如图乙所示的实验装置,该同学用螺旋测微器测量挡光片的宽度示数如图丙所示,则挡光片的宽度d=
mm;实验中让小车以不同速度靠近螺线管,记录下光电门挡光时间Δt和Δt内的感应电动势的平均值E,改变小车速度进行多次实验,得到多组数据,为了更直观地体现E和Δt的关系,若以E为纵坐标,则横坐标应为 ;误差范围内绘制的图像为一条过原点的直线,则得出的结论是 。
(3)其他条件都不变,若换用匝数加倍的线圈做实验,根据实验数据所作出的那条直线图像斜率 (选填“减半”“不变”或“加倍”)。
5.(12分)(2024·四川内江期末)某同学利用如图a所示实验装置,来完成“探究影响感应电流方向的因素”的实验。则:
(1)下表为该同学记录的实验现象:
序号 磁体磁场 的方向 (正视) 磁体运 动情况 指针偏 转情况 感应电流的 磁场方向 (正视)
1 向下 插入线圈 向左 向上
2 向下 拔出线圈 向右 向下
3 向上 插入线圈 向右 向下
4 向上 拔出线圈 向左 向上
由实验记录1、3可发现穿过闭合回路的磁通量增大,感应电流的磁场方向与原磁场方向 ;由实验记录2、4可发现穿过闭合回路的磁通量减小时,感应电流的磁场方向与原磁场方向 ;由此得出的结论是感应电流的磁场总是阻碍原磁场的 的变化。
(2)该同学利用上面实验中得到的结论,在如图b所示装置中,两个电流表完全相同,零刻度居中。闭合开关后,当滑动变阻器R的滑片P不动时,甲、乙两个电流表指针位置如图所示。该同学进行了一些操作,发现电流表乙的指针向左偏转。那么,该同学可能进行的操作是① ;
② 。
(
第
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高中总复习·物理
第6讲
实验:探究影响感应电流方向的因素
一、实验目的
研究闭合电路中磁通量的变化与产生的感应电流方向的关系。
二、实验原理
1.探究电流计指针的偏转方向与电流方向的关系。
探究电路如图所示,探究出电流从电流计的“+”“-”接线柱流入方向与指针的偏转方向的关系,从而用该电流计判断感应电流的方向。
2.将磁体的不同磁极插入、拔出线圈,观察感应电流方向的变化。通过分析感应电流的方向与磁体的磁场方向、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,实验装置如图所示。
三、实验器材
条形磁体、电流计、线圈、导线、干电池、滑动变阻器、开关。
四、实验步骤
1.确定电流计指针偏转方向与电流方向(流入“+”“-”接线柱的方向)的关系。
(1)按图连接电路。
(2)调节滑动变阻器,使接入电路的电阻最大。
(3)迅速闭合开关,发现电流计指针偏转后立即断开开关。
(4)记录电流方向与电流计的指针偏转方向和电流计“+”“-”接线柱接线情况,找出它们之间的关系,记入表格。
电流流入电流计的情况 电流计指针偏转方向
电流从“+”接线柱流入
电流从“-”接线柱流入
2.探究磁场方向、磁通量变化情况与感应电流方向的关系。
(1)按如图所示连接电路,明确螺线管的绕线方向。
(2)按照控制变量的方法分别进行N极(S极)插入线圈和N极(S极)抽出线圈的实验,如图所示。
(3)观察并记录磁场方向、电流方向,根据磁通量大小变化情况,分别将结果填入表格。
①N极(S极)向下插入线圈,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
②N极(S极)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
五、实验结论
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。
六、注意事项
1.电流计选用零刻度在中间的灵敏电流计。
2.确定电流方向与电流计指针偏转方向的关系时,要用试触法并注意防止电流过大或通电时间过长损坏电流计。
3.进行一种操作后,等电流计指针回零后再进行下一种操作。
4.实验前设计好表格,并明确线圈的绕线方向。
5.按照控制变量的思想进行实验。
[例1] 【实验原理的考查】 (2024·北京海淀期末)为探究影响感应电流方向的因素,同学们做了如下的实验。
(1)用如图甲的实验装置“探究影响感应电流方向的因素”,所用电流表指针偏转方向与电流方向间的关系为:当电流从“+”接线柱流入电流表时,指针向右偏转。
①将条形磁体按如图甲方式S极向下匀速插入螺线管时,发现电流表的指针向右偏转。螺线管的绕线方向如图乙所示。请在图乙中标出螺线管中的感应电流方向。
【答案及解析】 (1)①当电流从“+”接线柱流入电流表时,指针向右偏转,可知线圈中电流方向由B流向A,如图a所示。
②接上面的①,将条形磁体从螺线管中抽出时,电流表的指针向 (选填“左”或“右”)偏转。
【解析】 ②将条形磁体从螺线管中抽出时,穿过线圈的磁通量减小,根据楞次定律可知,感应电流的磁场应与原磁场方向相同且向上,阻碍磁通量的减小,根据安培定则可知,线圈中感应电流方向由A到B,则电流从“-”接线柱流入电流表,电流表的指针向左偏转。
左
(2)某同学用如图丙所示的器材研究感应电流的方向。
①在给出的实物图中,用笔画线代替导线将实验仪器连成完整的实验电路。
【答案及解析】 (2)①完整的实验电路如图b所示。
②将线圈A插入线圈B中,闭合开关S瞬间,发现电流计指针右偏,则保持开关闭合,下列操作中也能使电流计指针右偏的是 。(多选)
A.插入铁芯
B.拔出线圈A
C.将滑动变阻器的滑片向左移动
D.将滑动变阻器的滑片向右移动
AC
【解析】 ②将线圈A插入线圈B中,闭合开关S瞬间,发现电流计指针右偏,可知当线圈B中的磁通量增加时,电流计指针右偏。插入铁芯,线圈B中的磁通量增加,电流计指针右偏,故A正确;拔出线圈A,线圈B中的磁通量减少,电流计指针左偏,故B错误;将滑动变阻器的滑片向左移动,线圈A中电流增大,线圈B中的磁通量增加,电流计指针右偏,故C正确;将滑动变阻器的滑片向右移动,线圈A中电流减小,线圈B中的磁通量减少,电流计指针左偏,故D错误。
③写出闭合导体回路中产生感应电流的条件: 。
穿过闭合导体回路的磁通量发生变化
【解析】 ③闭合导体回路中产生感应电流的条件是穿过闭合导体回路的磁通量发生变化。
(3)如图丁所示是一种延时继电器的示意图。铁芯上有两个线圈A和B。线圈A和电源连接,线圈B与直导线ab构成一个闭合回路。弹簧K与衔铁D相连,D的右端触头C连接工作电路(未画出)。开关S闭合状态下,工作电路处于导通状态。S断开瞬间,延时功能启动,此时直导线ab中电流方向为 (选填“a到b”或“b到a”)。
b到a
【解析】 (3)S断开瞬间,延时功能启动,此时穿过线圈B的磁通量向上减小,根据楞次定律可知,线圈B中感应电流产生的磁场方向向上,则此时直导线ab中电流方向为b到a。
[例2] 【实验过程的考查】 (2025·山东济宁模拟)为探究影响感应电流方向的因素,同学们做了如下实验。
(1)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.实验得出所用电流表指针偏转方向与电流方向间的关系为:当电流从“+”接线柱流入电流表时,指针向右偏转。
Ⅱ.将条形磁体按如图甲方式N极向下插入螺线管时,发现电流表的指针向右偏转。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体的磁场方向 (选填“相同”或“相反”)。
相反
【解析】 (1)①由题可知,电流由B流向A,根据安培定则可知,感应电流产生的磁场方向向上,故感应电流产生的磁场与条形磁体的磁场方向相反。
②关于该实验,下列说法正确的是 。(多选)
A.只有磁体N极向下插入螺线管,灵敏电流计指针才会向右偏转
B.将磁体的S极向下插入螺线管时,灵敏电流计指针向右偏转
C.将磁体的S极向下插入螺线管时,灵敏电流计指针向左偏转
D.将磁体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将磁体的S极向下插入螺线管后,向上将磁体拔出螺线管时,灵敏电流计指针也会向右偏转,A错误;将磁体的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;将磁体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,D正确。
(2)某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S瞬间,发现电流计指针向左偏转,则保持开关闭合,将滑动变阻器的滑片向左匀速移动,则电流计指针 (选填“向左”“向右”或“不”)偏转。
向左
【解析】 (2)①由题知,当闭合开关S瞬间,线圈A中电流瞬间增加,电流计指针向左偏转,由题图乙知,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中电流一直增大,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线圈 (选填“A”或“B”)所在电路时发生的。
A
【解析】 ②拆除线圈A时,A、B线圈产生的感应电流阻碍线圈A中电流减小,线圈A电流瞬间增加,故该同学被电击是在拆除线圈A所在电路时发生的。
[例3] 【实验器材的创新】 (2024·天津和平期末)(1)由如图所示装置探究感应电流的方向具有的规律,其中G为灵敏电流计,没有电流通过时指针指向中间刻度,这种实验方案采用了 (选填“归纳总结”或“假设推理”)物理思想方法。
归纳总结
【解析】 (1)该实验中由于灵敏电流计在没有电流通过时指针指在中间刻度,所以可以通过确认电流计指针偏转方向与通过电流计的电流方向的关系知道产生的感应电流的具体的方向,同时通过记录磁体在线圈中的磁场方向,最后判断出磁场的变化与感应电流方向的关系,然后结合实验现象总结归纳,得出相应的结论,所以该实验使用的方法为归纳总结法。
(2)某兴趣小组采用如图5所示的电路来研究电磁感应现象,A、B为两个规格相同的灵敏电流计,Rt为热敏电阻,其阻值随温度的变化规律如图6所示;D是两个套在一起的大、小线圈,小线圈与A的电路连接,大线圈与B构成闭合电路。开关S闭合,100 ℃时电流表指针位置如图5,温度逐渐降低到20 ℃的过程中,A灵敏电流计的指针偏转角将 (选填“增大”“减小”或“不变”),B灵敏电流计的指针将 (选填“指在中间刻度”“偏向中间刻度右侧”或“偏向中间刻度左侧”)。
减小
偏向中间刻度右侧
【解析】 (2)电流表A与电源等组成闭合回路,在温度由100 ℃逐渐降低到20 ℃的过程中,接入电路中的电阻变大,由闭合电路欧姆定律可知,电路中的电流减小,即电流表A的指针偏转角减小;电路中的电流减小,电流产生的磁场减弱,穿过大线圈的磁通量减小,由楞次定律和安培定则可知,电流从电流表B的右边进入,所以电流表B指针将偏向中间刻度右侧。
[例4] 【实验目的的创新】 (2024·山东枣庄期末)某同学想应用楞次定律判断线圈缠绕方向,设计的实验装置原理图如图甲所示。选用的器材有:一个磁性很强的条形磁体,两个发光二极管(电压在1.5 V至5 V都可发光且保证安全),一只多用电表,导线若干。操作步骤如下:
①用多用电表的电阻挡测出二极管的正、负极。
②把二极管、线圈按如图甲所示电路用导线连接成实验电路。
③把条形磁体插入线圈时,二极管E发光;拔出时,二极管F发光。
④根据楞次定律判断出线圈的缠绕方向。
请回答下列问题:
(1)线圈缠绕方向如图乙中的 (选填“A”或“B”)。
A
【解析】 (1)把条形磁体插入线圈时,磁通量向下增大,则线圈产生的感应电流的磁场向上,根据二极管E发光可知,电流方向为顺时针,故线圈缠绕方向为题图乙中的A。
(2)条形磁体运动越快,二极管发光的亮度就越大,这说明感应电动势随
的增大而增大。
磁通量的变化率
【解析】 (2)磁体从初始到完全插入,磁通量的变化量相同,速度越快,磁通量变化越快,二极管发光的亮度就越大,说明感应电动势随着磁通量变化率的增大而增大。
(3)该同学想用这个装置检测某电器附近是否有强磁场,他应该如何做 请你给出一条建议: 。
【答案及解析】 (3)用该装置右侧螺线管部分迅速靠近和远离用电器,如有二极管发光,则用电器附近有强磁场,若无二极管发光,则用电器附近没有强磁场。
1.(6分)(2024·北京卷,15)(多选)用如图a所示的实验装置探究影响感应电流方向的因素。如图b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b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;通过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b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.(6分)(2024·上海徐汇期末)在“研究电磁感应现象”的实验中,所用的器材如图所示。
(1)请按实验要求用笔画线代替导线将实物连接成实验电路。
【答案及解析】 (1)探究电磁感应现象实验电路分两部分,电源、开关、滑动变阻器、线圈A组成闭合电路,电流计与线圈B组成另一个闭合电路,电路图如图所示。
(2)在实验中,闭合开关后,下列可以使线圈B中产生感应电流的是 。
(多选)
A.把线圈A插入到线圈B中
B.改变滑动变阻器阻值
C.将铁芯C在原处绕中心轴转动
D.断开开关
ABD
【解析】 (2)把线圈A插入到线圈B中,导致穿过线圈B的磁通量增大,从而产生感应电流,故A正确;改变滑动变阻器阻值,导致穿过线圈B的磁通量发生变化,从而产生感应电流,故B正确;将铁芯C在原处绕中心轴转动,穿过线圈B的磁通量不变,不会产生感应电流,故C错误;断开开关,则导致穿过线圈B的磁通量瞬间减小,从而产生感应电流,故D正确。
3.(6分)(2025·浙江绍兴模拟)如图所示是“探究影响感应电流方向的因素”的实验装置。
(1)判断感应电流的方向时 (选填“需要”或“不需要”)确定线圈的绕法,为了弄清楚灵敏电流计指针偏转方向与电流流向的关系,可以用多用电表的 (选填“电压挡”“电流挡”或“电阻挡”)进行检测。
需要
电阻挡
【解析】 (1)判断感应电流方向时需要用到楞次定律结合安培定则进行判断,右手四指环绕的方向即为感应电流的方向,因此需要确定线圈的绕法。多用电表内部含有直流电源的为电阻挡,因此可用电表的电阻挡对电流进行测试。
(2)强磁体快速插入线圈后保持静止,此过程中灵敏电流计指针的偏转情况可能是 。
A.一直在“0”刻度位置
B.从“0”刻度开始向右偏转到最大并维持此角度不变
C.从“0”刻度开始向右偏转再向左偏转并越过“0”最后右偏回到“0”位置
C
【解析】 (2)强磁体快速插入线圈的过程中,穿过线圈的磁通量发生改变,回路中将产生感应电流,灵敏电流计指针将从“0”刻度开始偏转,磁体插入线圈中保持静止后,磁通量不再改变,此时不会有感应电流,最终灵敏电流计指针将回到“0”刻度位置。
4.(10分)(2025·福建厦门模拟)某同学正在探究影响感应电流方向的因素,已知当电流从灵敏电流计的正接线柱流入时,灵敏电流计的指针向右偏转。
(1)如图甲所示,导体棒ab向右匀速平移的过程中,电流计的指针将 (选填“向左”“向右”或“不发生”)偏转。
向左
【解析】 (1)导体棒ab向右匀速运动的过程中,根据右手定则可知,感应电流由电流计的负接线柱流入,结合题中条件可知,电流计的指针将向左偏转。
(2)该同学研究回路中感应电动势大小与磁通量变化快慢的关系时采用了如图乙所示的实验装置,该同学用螺旋测微器测量挡光片的宽度示数如图丙所示,则挡光片的宽度d=
mm;实验中让小车以不同速度靠近螺线管,记录下光电门挡光时间Δt和Δt内的感应电动势的平均值E,改变小车速度进行多次实验,得到多组数据,为了
更直观地体现E和Δt的关系,若以E为纵坐标,则横坐标应为 ;误差范围内绘制的
图像为一条过原点的直线,则得出的结论是
。
5.665(5.664～5.666均可)
在误差允许的范围内感应电动势与磁通量的
变化率成正比
(3)其他条件都不变,若换用匝数加倍的线圈做实验,根据实验数据所作出的那条直线图像斜率 (选填“减半”“不变”或“加倍”)。
加倍
5.(12分)(2024·四川内江期末)某同学利用如图a所示实验装置,来完成“探究影响感应电流方向的因素”的实验。则:
(1)下表为该同学记录的实验现象:
序号 磁体磁场的方向 (正视) 磁体运 动情况 指针偏 转情况 感应电流的磁场方向(正视)
1 向下 插入线圈 向左 向上
2 向下 拔出线圈 向右 向下
3 向上 插入线圈 向右 向下
4 向上 拔出线圈 向左 向上
由实验记录1、3可发现穿过闭合回路的磁通量增大,感应电流的磁场方向与原磁场方向
;由实验记录2、4可发现穿过闭合回路的磁通量减小时,感应电流的磁场方向与原磁场方向 ;由此得出的结论是感应电流的磁场总是阻碍原磁场的 的变化。
相反
相同
磁通量
【解析】 (1)由实验记录1、3可发现穿过闭合回路的磁通量增大,感应电流的磁场方向与原磁场方向相反;由实验记录2、4可发现穿过闭合回路的磁通量减小时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相同;由此得出的结论是感应电流的磁场总是阻碍原磁场的磁通量的变化。
(2)该同学利用上面实验中得到的结论,在如图b所示装置中,两个电流表完全相同,零刻度居中。闭合开关后,当滑动变阻器R的滑片P不动时,甲、乙两个电流表指针位置如图所示。该同学进行了一些操作,发现电流表乙的指针向左偏转。那么,该同学可能进行的操作是
① ;
② 。
断开开关,等电路稳定后再闭合开关的瞬间
滑动变阻器的滑片向a端迅速滑动
【解析】 (2)两电流表完全相同,电流从哪边流入,指针向哪边偏转;当该同学进行了一些操作,发现电流表乙的指针向左偏转,可知电流从左方流入;根据楞次定律和安培定则可知线圈A中电流变大,则可能进行了的操作是断开开关,等电路稳定后再闭合开关的瞬间;滑动变阻器的滑片向a端迅速滑动。
