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2022届高考物理一轮复习 第十一章 电磁感应 实验15 探究影响感应电流方向的因素学案 新人教版

2022届高考物理一轮复习 第十一章 电磁感应 实验15 探究影响感应电流方向的因素学案 新人教版

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- 10 -

实验15　探究影响感应电流方向的因素
必备知识预案自诊　
一、实验目的
探究影响感应电流方向的因素。
二、实验思路
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。本实验应注意探究改变穿过闭合回路磁通量的多种方式。
方案一　向线圈中插拔磁铁,如图甲所示。
方案二　模仿法拉第的实验,如图乙所示。

三、进行实验

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。
4.以下面四种情况为例:根据实验结果,填写下表。

线圈内磁通量增加时的情况(表1)

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(表2)

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

四、数据分析
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。
五、注意
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。
关键能力学案突破　
考点一　教材原型实验
【典例1】在探究电磁感应现象的实验中:
(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　　　　　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”)。 

甲

乙
(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,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”)。 

考点二　实验的改进与创新
【典例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。

(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。 

　　本题考查研究电磁感应现象及验证楞次定律的实验,对于该实验注意两个回路的不同。

对应演练迁移应用　
1.(2020北京大兴高三一模)张老师在做“探究楞次定律”的实验,如图甲、乙、丙所示是实验中连接的三个回路。其中图甲是将一节旧电池和电流计通过开关连接,进行试触操作,其实验目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;完成图甲实验操作后,把电流计与螺线管B连接,将图丙中的螺线管A插入图乙中的螺线管B中,闭合开关K的瞬间,图乙中电流计的指针向右偏转,保持开关闭合状态,再观察图乙中电流计指针　　　　　(选填“向左偏”“向右偏”或“不偏”);然后将图丙中滑动变阻器的滑片P向右滑动的过程中,观察图乙中电流计指针　　　　　(选填“向左偏”“向右偏”或“不偏”)。 

2.某小组的同学做“探究影响感应电流方向的因素”实验。

(1)首先按图甲所示方式连接电路,闭合开关后,发现电流计指针向右偏转;再按图乙所示方式连接电路,闭合开关后,发现电流计指针向左偏转。进行上述实验的目的是(　　)
A.检查电流计测量电路的电流是否准确
B.检查干电池是否为新电池
C.推断电流计指针偏转方向与电流方向的关系
(2)接下来用图丙所示的装置做实验,图中螺线管上的粗线标示的是导线的绕行方向。某次实验中在条形磁铁插入螺线管的过程中,观察到电流计指针向右偏转,说明螺线管中的电流方向(从上往下看)是沿　　　　　(选填“顺时针”或“逆时针”)方向。 

丙

(3)下表是该小组的同学设计的记录表格的一部分,表中完成了实验现象的记录,还有一项需要推断的实验结果未完成,表格中未完成的部分应填:　　　　　　　(选填“垂直纸面向外”或“垂直纸面向里”)。 
实验记录表(部分)

操作
N极朝下插入螺线管
从上往下看的平面图(B0表示原磁场,即磁铁产生的磁场)

原磁场通过螺线管磁通量的增减
增加
感应电流的方向
沿逆时针方向
感应电流的磁场B'的方向

(4)该小组同学通过实验探究,对楞次定律有了比较深刻的认识。结合以上实验,有同学认为,理解楞次定律,关键在于抓住　　　　　(选填“B0”或“B'”)总是要阻碍　　　　　(选填“B0”或“B'”)磁通量的变化。 
3.(2020上海静安高三一模)某小组的同学做“研究电磁感应现象”实验。
(1)下图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:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(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是　　　　　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)(多选)下面四幅图中,“+”和“-”分别表示灵敏电流计的正、负接线柱。已知电流从正接线柱流入灵敏电流计时,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。图中给出了条形磁铁运动的方向、指针偏转方向或螺线管的绕线方向,以下判断正确的是(　　)

A.甲图中电流计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.丙图中条形磁铁向下运动
D.丁图中螺线管的绕线方向从上往下看为顺时针方向

实验15　探究影响感应
电流方向的因素
关键能力·学案突破
典例1答案(1)20 kΩ　(2)左　(3)左　(4)右
解析(1)由闭合电路欧姆定律,有:R=EIg=1.5100×10-6Ω=15×103Ω,R1>R,不会使电流表超过量程,达到保护的作用,因此应选20kΩ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,可知电流方向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极在下端,从螺线管中拨出时,感应电流磁场为阻碍磁通量的减少,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。
典例2答案(1)C　(2)向左　(3)向左　(4)向右
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。
对应演练·迁移应用
1.答案判别电流表指针的偏转方向与电流方向的关系　不偏　向左偏
解析试触目的是判别电流表指针的偏转方向与电流方向的关系;根据楞次定律,开关保持闭合状态,磁通量不变,感应电流为零,所以电流计指针不偏;题图丙中滑动变阻器的滑片P向右滑动,电阻变大,A中电流变小,穿过线圈磁通量减小,产生感应电流,根据楞次定律,感应电流方向与闭合开关K的瞬间电流方向相反,所以题图乙中电流计指针向左偏。
2.答案(1)C　(2)顺时针　(3)垂直纸面向外　(4)B'　B0
解析(1)由题意可知,电流从电流计左边进时,指针左偏,右边进时,指针右偏,本实验目的是探究感应电流的方向,则进行上述实验的目的是推断电流计指针偏转方向与电流方向的关系,故选C;(2)电流计指针向右偏转,说明电流从电流计的右边(正接线柱)流入,则说明螺线管中的电流方向(从上往下看)是沿顺时针方向;(3)由题意可知,感应电流的方向为逆时针,由右手螺旋定则可知,感应电流的磁场方向垂直纸面向外;(4)由题意可知,理解楞次定律,关键在于抓住B'总是要阻碍B0磁通量的变化。
3.答案(1)滑动变阻器、灵敏电流计　(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,还需选择的器材是滑动变阻器和灵敏电流计。(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是机械能转化为电能;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)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,产生的感应电流在螺线管中由上到下,则电流计的电流从“+”极流入,则指针偏转方向向右,选项A正确;题图乙中感应电流从“-”极流入电流表,则螺线管中电流从下往上,根据右手螺旋法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“+”极流入电流表,则螺线管中电流从上往下,根据右手螺旋法则可知螺线管内部的磁场方向向上,则条形磁铁向上运动,选项C错误;题图丁中感应电流从“+”极流入电流表,则螺线管中电流从下往上,条形磁铁向上运动,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。