实验14 探究影响感应电流方向的因素

2
法拉第电磁感应定律可知,磁通量变化得越快产生的电流越大。由 v =2gh 得 v=
,距线圈上端高度越大,到达线圈时速度越大,产生的电流峰值越大。磁铁
为同一条形磁铁,磁场强弱与电流峰值的关系,该实验无法验证,A 错误,B 正确。
铜线圈匝数、铜线圈所围面积,这两次实验均保持不变,无法验证它们与电流峰值
实验14
探究影响感应电流方向的因素
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一、实验目的
1.探究感应电流方向与哪些因素有关。
2.学习利用电流计判断感应电流方向的方法。
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。
(1)如图,把一铜线圈水平固定在铁架台上,其两端连接在电流传感器上,能得到该铜线圈
中的电流随时间变化的图线。利用该装置可探究条形磁铁在穿过铜线圈的过程中,产生
的电磁感应现象。两次实验中分别得到了如图甲、乙所示的电流随时间变化的图线(两
次用同一条形磁铁,在距离铜线圈上端不同高度处,由静止沿铜线圈轴线竖直下落,始终
螺线管A、滑动变阻器、开关与电池构成闭合回路;螺线管B与电流计构成闭合电路,螺线管B套在螺
线管A的外面。
(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,螺线管与电流计构成闭合
电路。正确连接好实验电路后,将条形磁铁N极朝下插入螺线管,观察到灵敏电流计的指针向右偏。
①将条形磁铁N极朝下拔出螺线管,观察到灵敏电流计的指针
线管A的外面。
(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,螺线管与电流计构成闭合
电路。正确连接好实验电路后,将条形磁铁N极朝下插入螺线管,观察到灵敏电流计的指针向右偏。
②将条形磁铁S极朝下插入螺线管,观察到灵敏电流计的指针
(选填“向左偏”或“向右偏”)。
解析:②将条形磁铁S极朝下插入螺线管,穿过螺线管的磁场方向与N极朝下插入的磁场方向相反,
①N极(S极)向下插入线圈时,线圈内磁通量增加时的情况。
图号
甲
乙
磁场
方向
向下
向上
感应电流的
方向
逆时针(俯视)
顺时针(俯视)
感应电流的
磁场方向
向上
向下
②N极(S极)抽出线圈时,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
丁
向下
向上
顺时针(俯视)
逆时针(俯视)
向下
向上
五、实验结论
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,记入下表。
(2)为了能明确感应电流的具体方向,有一个如图乙所示的重要实验步骤:
该步骤实验所用电阻R的取值中比较合理是
A.1 Ω
B.50 Ω
C.100 Ω
D.5 kΩ
。
。
解析:(2)为了能明确感应电流的具体方向,有一个题图乙所示的重要实验步骤,是查明
灵敏电流计指针偏转方向和电流方向间的关系。由于图甲实验中产生的感应电流很小,
压表示数变大。电压表的示数依次变大,A正确;线圈内磁通量的变化量相
同,B正确;根据楞次定律,强磁体所受的磁场力都是向上,C错误;强磁体下落
高度越高,穿过线圈时速度越大,根据法拉第电磁感应定律,产生的感应电动
势越大,感应电流越大,强磁体损失的机械能越大,产生的电压表示数越大,D
正确。
答案:(2)ABD
中,灵敏电流计将向
(选填“左”或“右”)偏转。
解析:(3)由于闭合图甲开关的瞬间观察到电流计指针向右偏转,说明L1在L2中的磁通量
增大时,电流计指针向右偏转;将线圈L1拔出线圈L2的过程中,穿过L2的磁通量减小,根
据楞次定律可知,指针将向左偏。
答案:(3)左
考点二
创新性实验
[例3] [实验器材的创新] 在“探究影响感应电流方向的因素”实验中:
。(多选)
B.拔出A线圈
C.变阻器的滑片向左滑动 D.断开开关S瞬间
解析:②插入铁芯,B线圈中的磁通量增大,电流计指针将向右偏转,A不符合题意;拔出
A线圈,B线圈的磁通量减小,指针向左偏转,B符合题意;滑动变阻器的滑片向左滑动,
滑动变阻器的阻值减小,A线圈的电流增大,B线圈中的磁通量增大,电流计指针向右偏
是
(多选,填选项前的字母)。
A.电压表的示数依次变大
B.线圈内磁通量的变化量相同
C.强磁体所受的磁场力都是先向上后向下
D.强磁体损失的机械能越大,产生的电压表示数越大
解析:(2)增加线圈与磁体的距离时,磁体穿过线圈的速度增加,引起的磁通量
变化率增加,根据法拉第电磁感应定律可知,线圈中感应电动势增加,所以电
不变,不产生感应电流,电流计指针将不偏转,不能观察到与题图甲电路相同
的现象。
答案:(2)不能
[例5] [实验情境的创新] 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计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,将正确需要的实验仪器连成完整的实验电路。
解析:(1)为安全检测灵敏电流计指针偏转方向与电流流向的关系,应将电源和电流计
。(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,对实验现象都不影响
1.当穿过线圈的磁通量增加时,感应电流的磁场与原磁场的方向相反;当穿过线
圈的磁通量减少时,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。
六、注意事项
1.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。
2.电流计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,等电流计指针回零后再进行下一种操作。
提升关键能力 突破考点
考点一
基础性实验
[例1] [实验原理的考查] 某学习小组同学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、开关与电池构成闭合回路;螺线
则选用的灵敏电流计的量程也很小,为保护灵敏电流计,则图乙实验所用电阻R的取值
要取相对比较大的电阻。故选D。
答案:(2)查明灵敏电流计指针偏转方向和电流方向间的关系
D
[例2] [实验器材的考查] 在“探究感应电流的方向”的实验中,
(3)闭合图甲开关的瞬间观察到电流计指针向右偏转,那么在将线圈L1拔出线圈L2的过程
[例4] [实验原理的创新] (1)如图甲所示是“探究影响感应电流方向的因素”的实验
装置。
①如果在闭合开关时发现灵敏电流计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,电流计指针将
(选填“向左”“向右”或“不”)偏转。
解析:(1)①如果在闭合开关时,B线圈中的磁通量增大,发现灵敏电流计的指针向右偏
了一下,那么合上开关后,将A线圈迅速插入B线圈中,B线圈的磁通量增大,电流计指针
仍将向右偏转。
答案:(1)①向右
[例4] [实验原理的创新] (1)如图甲所示是“探究影响感应电流方向的因素”的实验
装置。
②如图甲连好电路,并将A线圈插入B线圈中后,若要使灵敏电流计的指针向左偏转,可采
取的操作是
A.插入铁芯
D.减小电路中的电流,便于观察灵敏电流计的读数
解析:(2)因灵敏电流计的内阻很小,直接接电源容易满偏,则接入定值电阻的
作用主要是为了减小电路中的电流,保护灵敏电流计,故选C。
答案:(2)C
[例5] [实验情境的创新] 在“探究影响感应电流方向的因素”实验中,
(3)关于图乙所示实验,下列说法正确的是
(选填“向左偏”或“向右偏”)。
解析:(2)①将条形磁铁N极朝下拔出螺线管,磁通量变化与插入的变化相反,产生的感应电流方向
相反,观察到灵敏电流计的指针向左偏。
答案:(2)①向左偏
[例1] [实验原理的考查] 某学习小组同学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、开关与电池构成闭合回路;螺线管B与电流计构成闭合电路,螺线管B套在螺
的关系,C、D 错误。
答案:(1)B
[例3] [实验器材的创新] 在“探究影响感应电流方向的因素”实验中:
(2)实验装置如图丙所示,线圈的两端与电压表相连。分别使线圈距离上管口
5 cm、10 cm、15 cm和20 cm。使强磁体从长玻璃管上端均由静止下落,其加速
穿过线圈。对比这四次实验,在强磁体穿过线圈的极短时间内,下列说法正确的
管B与电流计构成闭合电路,螺线管B套在螺线管A的外面。
(1)要想使电流计指针发生偏转,下列四种操作中可行的是
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B
C.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
。(多选)
解析:(1)要想使电流计指针发生偏转,即螺线管B与电流计构成闭合电路产生
感应电流,螺线管B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相当于电磁铁,插入或拔出螺线管B过程,螺线管B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的电流发生变化,产生的磁场变化,螺线管B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的电流发生变化,产生的磁场变化,螺线管B的磁通
量发生变化,产生感应电流,故D正确。
答案:(1)BCD
[例1] [实验原理的考查] 某学习小组同学用如图甲所示的装置探究“影响感应电流方向的因素”,
电流流入电流计的情况
电流从“+”接线柱流入
电流从“-”接线柱流入
电流计指针偏转方向
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,磁通量大小变化情况,并将结果填入表格。
产生的感应电流的方向相反,观察到灵敏电流计的指针向左偏。
答案:②向左偏
[例2] [实验器材的考查] 在“探究感应电流的方向”的实验中,
(1)提供了如图甲的实验器材,用笔画线代替导线,将实验仪器连接成完整的实验电路。
解析:(1)电路图如图所示。
答案:(1)图见解析
[例2] [实验器材的考查] 在“探究感应电流的方向”的实验中,
保持直立姿态,且所受空气阻力可忽略不计)。根据此实验的操作,下列说法正确的是
(填选项前的字母)。
A.条形磁铁的磁性越强,产生的感应电流峰值越大
B.条形磁铁距离铜线圈上端的高度越大,产生的感应电流峰值越大
C.铜线圈匝数越多,产生的感应电流峰值越大
D.铜线圈所围面积越大,产生的感应电流峰值越大
解析:(1)两次实验中用同一条形磁铁,在距离铜线圈上端不同高度处下落,根据
2.将磁铁的不同磁极插入、拔出螺线管,观察感应电流方向的变化。通过分析
感应电流的方向与磁铁的磁场方向、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
条形磁铁、电流计、线圈、导线、干电池(用来确定通过电流计的电流方向与
电流计中指针偏转方向的关系)。
四、实验步骤
连接,考虑到电流计的内阻很小,接入大电阻保护电流计,几个元件串联连接,完整的
实验电路如图。
答案:(1)图见解析
[例5] [实验情境的创新] 在“探究影响感应电流方向的因素”实验中,
(2)电路中定值电阻的作用主要是为了
。
A.减小电路两端的电压,保护电源
B.增大电路两端的电压,不符合题意;断开开关S瞬间,B线圈的磁通量减小,电流计指针将向左偏转,D符合
题意。
答案:②BD
(2)某同学在做实验时突发奇想,将开关接在B线圈所在回路,如图乙所示,则在
闭合和断开开关时,
(选填“能”或“不能”)观察到与图甲电路相同
的现象。
解析:(2)将开关接在B线圈所在回路,则在闭合和断开开关时,B线圈的磁通量