高考物理一轮复习讲义第69课时　实验14：探究影响感应电流方向的因素（教师版）

第69课时实验14：探究影响感应电流方向的因素【复习定位】1.通过实验数据，分析归纳感应电流方向与导体运动方向的关系。2.通过实验数据，分析归纳感应电流方向与磁通量变化情况间的关系。3.总结出判断感应电流方向的方法。技能储备基础落实对应学生用书P233一、原理与操作装置及原理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如图1所示。(2)探究影响感应电流方向的因素实验电路图如图2所示操作要领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二、实验数据与分析1.以下面四种情况为例，实验结果如下：磁场方向及线圈中磁通量变化感应电流的方向（从上往下看）感应电流的磁场方向甲磁场方向向下，磁通量增加逆时针向上乙磁场方向向上，磁通量增加顺时针向下丙磁场方向向下，磁通量减少顺时针向下丁磁场方向向上，磁通量减少逆时针向上2.实验结论(1)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。(2)当磁体靠近线圈时，两者相斥；当磁体远离线圈时，两者相吸。三、实验注意事项1.确定电流方向与电流表指针偏转方向的关系时，要用试触法并注意减小电流强度，防止电流过大或通电时间过长损坏电流表。2.电流表选用零刻度在中间的灵敏电流计。3.实验前设计好表格，并明确线圈的绕线方向。4.按照控制变量的思想进行实验。5.进行一种操作后，等电流表指针回零后再进行下一步操作。关键能力阶梯突破对应学生用书P234考点一教材原型实验【例1】（多选）（2024·北京卷）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BC（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，把条形磁体的N极和S极插入螺线管时，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。【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。答案见解析图解析将电源、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右（选填“左”或“右”）偏转；②保持滑动变阻器滑片位置不变，拔出A线圈中的铁芯，灵敏电流计指针将向左（选填“左”或“右”）偏转。解析①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，则滑片向右移动时滑动变阻器接入电路的阻值减小，电流增大，穿过B线圈的磁通量增大，指针向右偏转；②拔出A线圈中的铁芯，穿过B线圈的磁通量减小，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。解析产生感应电流的本质是穿过B线圈的磁通量发生变化。考点二实验拓展与创新【例3】（2024·广东东莞实验中学期中）甲、乙两位同学利用如图所示装置探究影响感应电流方向的因素。(1)请在图(a)中补齐连线；补齐线后，甲同学在断开开关时发现灵敏电流计指针向右偏转，下列操作同样能使指针向右偏转的有CD。A．闭合开关B．开关闭合时将滑动变阻器的滑片向左滑动C．开关闭合时将B线圈从A线圈中拔出D．开关闭合时将B线圈倒置再重新插入A线圈中解析将电源、开关、滑动变阻器、小螺线管串联成一个回路，再将灵敏电流计与大螺线管串联成另一个回路，实物连接如图所示；断开开关时，线圈中电流迅速减小，则A线圈中磁通量减小，出现感应电流，使灵敏电流计指针向右偏转；为了同样使指针向右偏转，应减小A线圈中的磁通量或增大A线圈中反向的磁通量；闭合开关，B线圈中的电流突然增大，则A线圈中的磁通量增大，故A错误。开关闭合时将滑动变阻器的滑片向左滑动，B线圈中的电流增大，则A线圈中的磁通量增大，故B错误。开关闭合时将B线圈从A线圈中拔出，则A线圈中的磁通量减小，故C正确。开关闭合时将B线圈倒置，再重新插入A线圈中，则A线圈中反向的磁通量增大，故D正确。(2)为确切判断A线圈中的感应电流方向，应在实验前先查明灵敏电流计指针偏转方向与电流方向的关系。解析判断感应电流具体流向，应先查明灵敏电流计指针偏转方向与电流方向的关系。(3)乙同学设计了图(b)所示的装置来判断感应电流的方向。他先使用多用电表的欧姆挡对二极管正负极进行确认，某次测量时发现多用电表指针几乎没有偏转，说明此时黑表笔接触的是二极管的负极（选填“正极”或“负极”）。实验操作时将磁铁插入线圈时，只有灯C（选填“C”或“D”）短暂亮起。解析欧姆挡指针没有偏转时，说明二极管的负极与电源正极相连，根据多用电表红进黑出的操作原则，此时黑表笔接触的是二极管的负极。当磁铁插入线圈时，穿过线圈的磁通量向下且增大，则线圈中电流的方向从上往下看为逆时针方向，灯C短暂亮起。1.某学习小组在研究回路中感应电动势大小与磁通量变化快慢的关系的实验中采用了如图甲所示的实验装置。(1)实验需用螺旋测微器测量挡光片的宽度Δd，如图乙所示，Δd＝5.666mm。解析螺旋测微器固定刻度为5.5mm，可动刻度为16.6×0.01mm＝0.166mm，所以最终读数为5.5mm＋0.166mm＝5.666mm。(2)在实验中，让小车以不同速度靠近螺线管，记录下挡光时间Δt内感应电动势的平均值E，改变速度多次实验，得到多组数据。这样的实验设计满足了物理实验中常用的“控制变量法”，你认为小车以不同速度靠近螺线管过程中不变的量是：在Δt时间内穿过线圈的磁通量的变化量。解析在挡光片每次经过光电门的过程中，磁铁与线圈之间相对位置的改变量都一样，穿过线圈磁通量的变化量ΔΦ都相同。(3)得到多组Δt与E的数据之后，若以E为纵坐标、Δt为横坐标画出E­Δt图像，发现图像是一条曲线，不容易得出清晰的实验结论，为了使画出的图像为一条直线，最简单的改进办法是以eq\f(1,Δt)为横坐标。解析根据E＝neq\f(ΔΦ,Δt)，因ΔΦ不变，E与eq\f(1,Δt)成正比，横坐标应该是eq\f(1,Δt)。(4)根据改进后画出的图像得出的结论是：在误差允许的范围内，感应电动势与磁通量变化率成正比（或者在磁通量变化量相同的情况下，感应电动势与时间成反比）。解析感应电动势与磁通量变化率成正比（或者在磁通量变化量相同的情况下，感应电动势与时间成反比）。(5)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，其斜率加倍（选填“减半”“不变”或“加倍”）。解析匝数n加倍后，产生的感应电动势加倍，E­eq\f(1,Δt)图像纵坐标加倍，横坐标不变，所以新图像的斜率加倍。2.在用如图甲所示装置研究回路中感应电动势大小与磁通量变化快慢的关系的实验中：(1)本实验中需要用到的传感器是光电门传感器和电压传感器。解析需要电压传感器测量感应电动势的平均值。(2)记录下小车某次匀速向左运动至最后撞上螺线管停止的全过程中感应电动势与时间的变化关系，如图乙所示，挡光时间Δt内图像所围阴影部分面积为S，增加小车的速度再次实验，得到的面积S′＝（选填“＞”“＜”或“＝”）S。解析根据法拉第电磁感应定律公式E＝eq\f(nΔΦ,Δt)，则挡光时间Δt内图像所围阴影部分面积为S＝E·Δt＝n·ΔΦ由于小车的初末位置不变，磁通量的变化量ΔΦ相等，故面积为一个定值。课时作业对应学生用书P4491．如图甲所示是研究电磁感应现象的实验装置。(1)如果在闭合开关时发现灵敏电流表的指针向右偏了一下，那么合上开关后，将A线圈迅速插入B线圈中，灵敏电流表指针将向右(选填“向左”“向右”或“不”)偏转。解析已知闭合开关瞬间，B线圈中的磁通量增加，产生的感应电流使灵敏电流表的指针向右偏转；当开关闭合后，将A线圈迅速插入B线圈中时，B线圈中的磁通量增加，所以产生的感应电流也应使灵敏电流表的指针向右偏转。(2)连接好电路后，并将A线圈插入B线圈中，若要使灵敏电流表的指针向左偏转，可采取的操作是BD(多选)。A．插入铁芯B．拔出A线圈C．滑动变阻器的滑片向左滑动D．断开开关S瞬间解析要使灵敏电流表的指针向左偏转，则B线圈中的磁通量应减小。插入铁芯时，B线圈中的磁通量增加，故A错误；拔出A线圈时，B线圈中的磁通量减小，故B正确；滑动变阻器的滑片向左滑动时，电流增大，B线圈中的磁通量增大，故C错误；断开开关S瞬间，电流减小，B线圈中的磁通量减小，故D正确。(3)G为指针零刻度在中央的灵敏电流表，连接在直流电路中时的偏转情况如图乙所示，即电流从电流表G的左接线柱进入时，指针也从中央左偏。今把它与一线圈串联进行电磁感应实验，则图丙中的条形磁体的运动方向是向下(选填“上”或“下”)；图丁中的条形磁体下端为S(选填“N”或“S”)极。解析题图丙中灵敏电流表指针向左偏，可知线圈中感应电流的方向是顺时针方向(俯视)，由安培定则可知，感应电流的磁场方向向下，条形磁体的磁场方向向上，由楞次定律可知，穿过线圈的磁通量增加，条形磁体向下插入；题图丁中灵敏电流表指针向右偏，则线圈中感应电流的方向为逆时针方向(俯视)，由安培定则可知，感应电流的磁场方向向上，条形磁体向上拔出，穿过线圈的磁通量减小，由楞次定律可知，条形磁体的磁场方向应该向上，所以条形磁体上端为N极，下端为S极。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(如图甲)中，将需要的实验仪器正确连成完整的实验电路。甲乙答案见解析图解析为安全检测灵敏电流表指针偏转方向与电流流向的关系，应将电源和灵敏电流表连接，考虑到灵敏电流表的内阻很小，量程也很小，需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所示。(2)电路中定值电阻的作用主要是C。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解析因灵敏电流表的内阻很小，直接接电源两端容易被损坏，则接入定值电阻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)图乙所示实验中，下列说法正确的是AB(多选)。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，都不影响实验现象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解析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．在研究电磁感应现象实验中，(1)图中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：滑动变阻器和灵敏电流表。解析某同学选择了电源、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。解析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)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ABD(多选)。A．甲图中灵敏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解析题图甲中N极插入螺线管时，向下的磁通量增加，根据楞次定律可知，灵敏电流表的电流从“＋”接线柱流入，则指针偏转方向向右，选项A正确；题图乙中感应电流从“－”接线柱流入灵敏电流表，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；题图丙中感应电流从“＋”接线柱流入灵敏电流表，则根据右手螺旋定则可知螺线管内部的磁场方向向上，则题图丙中条形磁体向上运动，选项C错误；题图丁中感应电流从“＋”接线柱流入灵敏电流表，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．某学习小组使用如图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、开关与电源构成闭合回路；螺线管B与电流表构成闭合回路，螺线管B套在螺线管A的外面。(1)要想使电流表指针发生偏转，下列四种操作中可行的是BCD(多选)。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BC．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，闭合或断开开关解析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中的磁通量发生变化。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中的磁通量不变，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插入或拔出螺线管B，螺线管B中的磁通量发生变化，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中的电流发生变化，产生的磁场变化，螺线管B中的磁通量发生变化，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中的电流发生变化，产生的磁场变化，螺线管B中的磁通量发生变化，产生感应电流，故D正确。(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与电流表构成闭合回路。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向左偏(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向左偏(填“向左偏”或“向右偏”)。解析①将条形磁体N极朝下拔出螺线管B，磁通量变化与插入时的变化相反，产生的感应电