人教版高中物理选修3-2讲义第四章电磁感应现象实验探究感应电流方向的规律

实验：探究感应电流方向的规律

1.实验原理

观察并记录感应电流的方向与磁通量变化情况间的关系.分析实验结果，归纳出决定感应电流方向的因素，总结出判断感应电流方向的方法.

2.实验器材

条形磁铁，螺线管，零刻度在中央的灵敏电流计，滑动变阻器，一节干电池，电池盒，开关，导线若干.

3.实验步骤

(1)确定电流计指针偏转方向与电流方向及电流计红、黑接线柱的关系：

图1

①按图1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红、黑接线柱接线情况，找出它们之间的关系.

(2)观察并记录磁场方向，磁通量变化情况与感应电流方向的关系.

图2

①按图2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)向下插入线圈和N极(S极)向下时抽出线圈的实验.

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.

(3)归纳感应电流方向与其他因素的关系

4.实验结论

当磁通量增加时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反；当磁通量减小时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化.

5.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，要用试触法并注意减小电流强度，防止电流过大或通电时间过长损坏电流计.

(2)应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步操作.

一、实验原理与操作

例

1(2017·绍兴市适应性考试)在做“探究感应电流方向的规律”的实验中，用如图3所示装置，已知电流从B接线柱流入灵敏电流计，电流计指针右偏.当释放条形磁铁时，发现指针右偏，则条形磁铁下端是________(填“N”或“S”)极.若条形磁铁按上述进入后，静止于线圈内，电流归零后，再释放，从线圈的下端穿出，则电流计的指针________(填“左”或“右”)偏.

图3

答案N左

解析当电流从B接线柱流入灵敏电流计，电流计指针右偏，说明释放条形磁铁时产生的感应电流从B接线柱流入电流计，根据右手螺旋定则可知感应电流的磁场向上，根据楞次定律“增反减同”可知，条形磁铁的磁场向下，所以条形磁铁的下端是N极.条形磁铁穿出线圈，根据楞次定律可知感应电流的磁场向下，根据右手螺旋定则可知感应电流从A接线柱流入电流计，电流计指针左偏.

例

2(2018·杭州市六校高二第二学期联考)如图4所示的是“研究电磁感应现象”的实验装置.

图4

(1)将图中所缺导线补接完整.

(2)如果在闭合开关时发现灵敏电流计的指针向右偏了一下，那么合上开关后线圈A迅速从线圈B中拔出时，电流计指针将________(选填“向右偏”“向左偏”或“不偏转”).

答案(1)如图所示

(2)向左偏

解析(1)探究电磁感应现象实验电路分两部分，要使原线圈产生磁场必须对其通电，故电源、开关、滑动变阻器、原线圈组成闭合电路，灵敏电流计与副线圈组成另一个闭合电路，如图所示：

(2)闭合开关瞬间，通过线圈B的磁通量增大，感应电流磁场阻碍原磁场的增大，感应电流方向和原电流方向相反，电流计向右偏，而把A从B中拔出来时，通过线圈的B的磁通量减小，感应电流的磁场要阻碍原磁场的减小，即感应电流方向和原电流方向相同，故电流计向左偏.针对训练1(2018·东阳中学高二下学期10月段考)(1)如图5的器材可用来研究电磁感应现象及判定感应电流的方向，其中连线正确的是________(填“A”或“B”).

图5

(2)(多选)将线圈L1插入线圈L2中，合上开关S，能使线圈L2中感应电流的磁场方向与线圈L1中原磁场方向相同的实验操作是()

A.插入铁芯F

B.拔出线圈L1

C.使变阻器阻值R变大

D.断开开关S

答案(1)A(2)BCD

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、一个线圈组成闭合电路，电流计与另一个线圈组成另一个闭合电路，则题图A所示电路正确.

(2)插入铁芯，磁通量增大，产生的感应电流与原电流绕行方向相反，故A错误；拔出线圈L1，磁通量减小，产生的感应电流与原电流绕行方向相同，感应电流的磁场方向与线圈L1中原磁场方向相同，故B正确；使滑动变阻器阻值增大，电流减小，产生的磁通量减小，产生的感应电流与原电流绕行方向相同，故C正确；断开开关S，产生的磁通量减小，产生的感应电流与原电流绕行方向相同，故D正确.

二、探究感应电流方向的规律的综合考查

例

3有一电流计，当电流从它的正接线柱流入时，指针向正接线柱一侧偏转.现把它与一个线圈串联，试就如图6中各图指出：

图6

(1)图甲中灵敏电流计指针的偏转方向为__________.(填“偏向正极”或“偏向负极”)

(2)图乙中磁铁下方的极性是________.(填“N极”或“S极”)

(3)图丙中磁铁的运动方向是________.(填“向上”或“向下”)

(4)图丁中线圈从上向下看电流方向是________.(填“顺时针”或“逆时针”)

答案(1)偏向正极(2)S极(3)向上(4)顺时针

解析(1)磁铁向下运动，穿过线圈的磁通量增加，原磁场方向向下，根据楞次定律感应电流方向俯视为逆时针方向，从正接线柱流入电流计，指针偏向正极；

(2)由题图乙可知，电流从负接线柱流入电流计，根据安培定则，感应电流的磁场方向向下，又磁通量增加，根据楞次定律可知，磁铁下方的极性为S极；

(3)通过线圈的磁场方向向下，电流从负接线柱流入电流计，根据安培定则，感应电流的磁场方向向下，根据楞次定律可知，磁通量减小，磁铁向上运动；

(4)磁铁向下运动，穿过线圈的磁通量增加，原磁场方向向上，根据楞次定律感应电流方向俯视为顺时针方向.

针对训练2在“探究感应电流方向的规律”的实验中，若电流方向如图7所示，请在图中画出线圈的绕线方向.

图7

答案见解析图

解析由于通过线圈的磁场方向向下，磁通量减少，则感应电流的磁场阻碍原磁通量的变化，故感应电流的磁场方向也向下，根据安培定则可以得到线圈的绕线方向，如图所示.