2021届山东新高考物理一轮复习讲义：第10章实验14 探究影响感应电流方向的因素
展开实验十四 探究影响感应电流方向的因素
一、实验目的
探究影响感应电流方向的因素。
二、实验原理
如图所示，只要改变穿过闭合回路的磁通量，就可以使闭合回路产生感应电流，感应电流的有无通过连接在回路中的电流表的指针是否偏转来判定。
三、实验器材
条形磁铁、螺线管、灵敏电流计、导线。
四、实验步骤
1．按图连接电路，闭合开关，记录下G中流入电流方向与灵敏电流计G中指针偏转方向的关系。
2．记下线圈绕向，将线圈和灵敏电流计构成通路。
3．把条形磁铁N极(或S极)向下插入线圈中，并从线圈中拔出，每次记下电流计中指针偏转方向，然后根据步骤1的结论，判定出感应电流方向，从而可确定感应电流的磁场方向。
五、数据处理
1．实验现象记录
以下面四种情况为例：根据实验结果，填写下表：
甲 乙 丙 丁
线圈内磁通量增加时的情况
图号 | 磁场方向 | 感应电流的方向 | 感应电流的磁场方向 |
甲 | 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 |
线圈内磁通量减少时的情况
图号 | 磁场方向 | 感应电流的方向 | 感应电流的磁场方向 |
丙 | 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
表1说明：当线圈中磁通量增加时，感应电流的磁场方向跟磁铁的磁场方向相反。
表2说明：当线圈中磁通量减少时，感应电流的磁场方向跟磁铁的磁场方向相同。
六、注意事项
1．灵敏电流计满偏电流很小，查明电流计指针的偏转方向和电流方向的关系时，应使用一节干电池。
2．原、副线圈接入电路前应仔细观察导线绕向并画出草图。
实验原理与操作
1．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，请补充完整。
甲 乙
(1)如图甲所示，当磁铁的N极向下运动时，发现电流表指针偏转，若要探究线圈中产生的感应是电流的方向，必须知道 。
(2)如图乙所示，实验中发现闭合开关时，电流表指针向右偏。电路稳定后，若向左移动滑动触头，电流表指针向 偏转。若将线圈A抽出，电流表指针向 偏转。(均选填“左”或“右”)
[解析](1)探究线圈中感应电流的方向必须先知道：①电流表指针偏转方向与电流从正(负)接线柱流入时的关系，②线圈的绕向，③电流表指针的偏转方向；由偏转方向得出电流流入电表的方向，再进一步得到线圈中电流的流向，即必须知道电流表指针偏转方向与电流方向间的关系。
(2)开关闭合时，线圈A产生的磁场由无到有，穿过线圈B的磁通量增加，若将滑动头向左移动，线圈A中电流增加，穿过B的磁通量也增加，且磁场方向未变，所以电流表指针偏转方向与开关闭合时的偏转方向相同，即向右偏转；若将线圈A抽出，穿过线圈B的磁通量减少，电流表指针向左偏转。
[答案](1)电流表指针偏转方向与电流方向间的关系 (2)右 左
2．在“探究感应电流的方向与哪些因素有关”的实验中，请完成下列实验步骤：
(1)为弄清灵敏电流表指针摆动方向与电流方向的关系，可以使用一个已知正负极性的直流电源进行探究。某同学想到了多用电表内部某一挡，含有直流电源，他应选用多用电表的 (选填“欧姆”“直流电流”“直流电压”“交流电流”或“交流电压”)挡，对灵敏电流表进行测试，由实验可知当电流从正接线柱流入电流表时，指针向右摆动。
(2)该同学先将多用电表的红表笔接灵敏电流表的正接线柱，再将黑表笔 (选填“短暂”或“持续”)接灵敏电流表的负接线柱，若灵敏电流表的指针向左摆动，说明电流由电流表的 (选填“正”或“负”)接线柱流入灵敏电流表的。
(3)实验中该同学将磁铁某极向下从线圈上方插入线圈时，发现电流表的指针向右偏转，请在图中用箭头画出线圈电流方向并用字母N、S标出磁铁的极性。
[答案](1)欧姆 (2)短暂 负 (3)如图所示
实验现象分析
1．如图所示是某小组的同学探究感应电流方向与哪些因素有关的实验情景(图中箭头表示导体的运动方向)，下列说法中正确的是( )
(a) (b) (c) (d)
A．比较图(a)和图(b)可知，感应电流的方向与磁场方向有关
B．比较图(b)和图(c)可知，感应电流的方向与磁场方向和导体运动方向无关
C．比较图(a)和图(c)可知，感应电流的方向与磁场方向无关
D．由图(d)可以得出感应电流的方向跟导体是否运动无关
A [(a)、(b)中导体棒运动方向相同，磁场方向相反，电流方向也相反，说明感应电流方向与磁场方向有关，A正确。(a)、(c)磁场方向相同，运动方向与电流方向都不同，说明电流方向与导体运动方向有关，C错误。(b)、(c)中磁场方向和导体运动方向均不同，电流方向相同，不能得出B选项的结论，(d)中无电流，也不能做出判断，故B、D均错。]
2．根据如图甲、乙、丙、丁所示进行电路图连接与实验操作，并填好实验现象记录表格。
甲 乙 丙 丁
请根据上表所填内容分析，感应电流的磁场方向是否总是与原磁场方向相反或相同？什么时候相反？什么时候相同？感应电流的磁场对原磁场磁通量变化有何影响？
[答案] 向上 向上 向下 向下 增大 减小 增大 减小 顺时针 逆时针 逆时针 顺时针 向下 向上 向上 向下 相反 相同 相反 相同
不一定，有时相反，有时相同；闭合回路中原磁场的磁通量增加时，感应电流产生的磁场方向与原磁场方向相反；闭合回路中原磁场的磁通量减少时，感应电流产生的磁场方向与原磁场方向相同；感应电流的磁场总是阻碍原磁场磁通量的变化。
实验拓展与创新
鉴于高考实验题一般源于教材而不拘泥于教材，是在教材实验的基础上创设新情境。本实验新调为学生分组实验，会成为高考命题的新增热点。本实验的创新主要是根据引起磁通量变化的原因，常见以下创新。
实验设计 创新 | 1．通过开关的闭合或断开，分析磁通量变化特点和电流方向的关系。 2．通过调节滑动变阻器改变电流强度，分析电流磁场引起磁通量变化，进而分析磁通量变化特点和电流方向的关系。 |
根据通电螺线管相当于条形磁铁的原理，调节滑动变阻器改变电流强度，分析电流磁场引起磁通量变化，进而分析磁通量变化特点和电流方向的关系。 |
1.(2019·浙江嘉兴选考)在“探究电磁感应的产生条件”实验中，采用如图所示的装置进行实验。
(1)请用笔画线代替导线将图中连线补充完整，确保实验现象明显。
(2)某小组电路连接正确后，在滑动变阻器滑片持续向右移动的过程中，发现灵敏电流计的指针持续向右偏，则当开关闭合时，灵敏电流计的指针将 。
A．向左偏一下 B．向右偏一下
C．持续向左偏 D．持续向右偏
[解析](1)电源、开关、滑动变阻器和上面的线圈组成回路，滑动变阻器可以改变电流，来检验在下面的线圈是否会产生感应电流，下面的线圈和灵敏电流表相连，电路如图：
(2)滑动变阻器滑片持续向右移动的过程中，接入电路中的电阻变大，电路中的电流变小，通过大线圈的磁通量变小，灵敏电流计指针向右偏，所以当闭合开关时，电路中的电流变大，通过大线圈的磁通量变大，则灵敏电流计的指针向左偏一下，故A正确。
[答案](1)见解析 (2)A
2．在“探究电磁感应的产生条件”的实验中，先按如图甲所示连线，不通电时，电流计指针停在正中央，闭合开关S时，观察到电流表指针向左偏。然后按如图乙所示将灵敏电流计与副线圈B连成一个闭合回路，将原线圈A、电源、滑动变阻器和开关S串联成另一个闭合电路。
甲 乙
(1)图甲电路中，串联定值电阻R的主要作用是 。
A．减小电源两端的电压，保护电源
B．增大电源两端的电压，保护开关
C．减小电路中的电流，保护灵敏电流计
D．减小电路中的电流，保护开关
(2)图乙中，S闭合后，在原线圈A插入副线圈B的过程中，灵敏电流计的指针将 (选填“向左”“向右”或“不”)偏转。
(3)图乙中，S闭合后，线圈A放在B中不动，在滑动变阻器的滑片P向左滑动的过程中，灵敏电流计指针将 (选填“向左”“向右”或“不”)偏转。
(4)图乙中，S闭合后，线圈A放在B中不动，在突然断开S时，灵敏电流计指针将 (选填“向左”“向右”或“不”)偏转。
[解析](1)电路中串联定值电阻，目的是减小电流，保护灵敏电流计，故本题答案为选项C。
(2)由题知，当电流从灵敏电流计正接线柱流入时，指针向左偏转。S闭合后，将原线圈A插入副线圈B的过程中，穿过B的磁场向下，磁通量变大，由楞次定律可知，感应电流从灵敏电流计正接线柱流入电流计，则灵敏电流计的指针将向左偏转。
(3)线圈A放在B中不动，穿过B的磁场向下，将滑动变阻器的滑片向左滑动时，穿过B的磁通量增大，由楞次定律可知，感应电流从灵敏电流计正接线柱流入电流计，则灵敏电流计的指针将向左偏转。
(4)线圈A放在B中不动，穿过B的磁场向下，突然断开S时，穿过B的磁通量减小，由楞次定律可知，感应电流从灵敏电流计负接线柱流入电流计，则灵敏电流计的指针将向右偏转。
[答案](1)C (2)向左 (3)向左 (4)向右
