第三講　實(shí)驗(yàn)：探究影響感應(yīng)電流方向的因素

第三講實(shí)驗(yàn)：探究影響感應(yīng)電流方向的因素一、基本原理與操作原理裝置圖操作要領(lǐng)穿過螺線管的磁通量發(fā)生變化時(shí)，螺線管中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流(1)確定電流表指針偏轉(zhuǎn)方向與電流方向及電流表紅、黑接線柱的關(guān)系(2)操作：安裝好儀器后，把條形磁鐵插入、拔出螺線管。(3)記錄：記錄磁場方向、電流方向、磁通量大小變化情況，并填入表格二、實(shí)驗(yàn)核心關(guān)鍵點(diǎn)1．?dāng)?shù)據(jù)處理以下面四種情況為例：表1線圈內(nèi)磁通量增加時(shí)的情況圖號(hào)磁場方向感應(yīng)電流的方向(從上往下看)感應(yīng)電流的磁場方向甲磁場方向向下逆時(shí)針向上乙磁場方向向上順時(shí)針向下表2線圈內(nèi)磁通量減少時(shí)的情況2．實(shí)驗(yàn)結(jié)論表1說明：當(dāng)線圈中磁通量增加時(shí)，感應(yīng)電流的磁場方向跟磁鐵的磁場方向相反。表2說明：當(dāng)線圈中磁通量減少時(shí)，感應(yīng)電流的磁場方向跟磁鐵的磁場方向相同。圖號(hào)磁場方向感應(yīng)電流的方向(從上往下看)感應(yīng)電流的磁場方向丙磁場方向向下順時(shí)針向下丁磁場方向向上逆時(shí)針向上3．注意事項(xiàng)(1)確定電流方向與電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)方向的關(guān)系時(shí)，要用試觸法并注意防止電流過大或通電時(shí)間過長損壞電流計(jì)。(2)電流計(jì)選用零刻度在中間的靈敏電流計(jì)。(3)實(shí)驗(yàn)前設(shè)計(jì)好表格，并明確線圈的繞線方向。(4)按照控制變量的思想進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。(5)進(jìn)行一種操作后，等電流計(jì)指針回零后再進(jìn)行下一步操作?？挤ㄒ粚?shí)驗(yàn)原理與操作1．我們可以通過實(shí)驗(yàn)探究電磁感應(yīng)現(xiàn)象中感應(yīng)電流方向的決定因素和遵循的物理規(guī)律。以下是實(shí)驗(yàn)探究過程的一部分，請(qǐng)補(bǔ)充完整。(1)如圖甲所示，當(dāng)磁鐵的N極向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)電流表指針偏轉(zhuǎn)，若要探究線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向，必須知道____________________________。(2)如圖乙所示，實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)閉合開關(guān)時(shí)，電流表指針向右偏。電路穩(wěn)定后，若向左移動(dòng)滑動(dòng)觸頭，電流表指針向________偏轉(zhuǎn)，若將線圈A抽出，電流表指針向________偏轉(zhuǎn)。(均選填“左”或“右”)解析：(1)探究線圈中感應(yīng)電流的方向必須先知道：①電流表指針偏轉(zhuǎn)方向與電流從正(負(fù))接線柱流入時(shí)的關(guān)系；②線圈的繞向。(2)開關(guān)閉合時(shí)，穿過線圈B的磁通量增加，若將滑動(dòng)觸頭向左移動(dòng)，線圈A中電流增加，穿過B的磁通量也增加，所以電流表指針偏轉(zhuǎn)方向與開關(guān)閉合時(shí)的偏轉(zhuǎn)方向相同，即向右偏轉(zhuǎn)；若將線圈A抽出，穿過線圈B的磁通量減少，電流表指針向左偏轉(zhuǎn)。答案：(1)見解析(2)右左2．在“探究電磁感應(yīng)的產(chǎn)生條件”的實(shí)驗(yàn)中，先按如圖甲所示連線，不通電時(shí)，電流計(jì)指針停在正中央，閉合開關(guān)S時(shí)，觀察到電流表指針向左偏。然后按如圖乙所示將靈敏電流計(jì)與副線圈B連成一個(gè)閉合回路，將原線圈A、電源、滑動(dòng)變阻器和開關(guān)S串聯(lián)成另一個(gè)閉合電路。(1)圖甲電路中，串聯(lián)定值電阻R的主要作用是____________。A．減小電源兩端的電壓，保護(hù)電源B．增大電源兩端的電壓，保護(hù)開關(guān)C．減小電路中的電流，保護(hù)靈敏電流計(jì)D．減小電路中的電流，保護(hù)開關(guān)(2)圖乙中，S閉合后，在原線圈A插入副線圈B的過程中，靈敏電流計(jì)的指針將________(選填“向左”“向右”或“不”)偏轉(zhuǎn)。(3)圖乙中，S閉合后，線圈A放在B中不動(dòng)，在滑動(dòng)變阻器的滑片P向左滑動(dòng)的過程中，靈敏電流計(jì)指針將________(選填“向左”“向右”或“不”)偏轉(zhuǎn)。(4)圖乙中，S閉合后，線圈A放在B中不動(dòng)，在突然斷開S時(shí)，靈敏電流計(jì)指針將________(選填“向左”“向右”或“不”)偏轉(zhuǎn)。解析：(1)電路中串聯(lián)定值電阻，目的是減小電流，保護(hù)靈敏電流計(jì)，故選C。(2)由題知，當(dāng)電流從靈敏電流計(jì)正接線柱流入時(shí)，指針向左偏轉(zhuǎn)。S閉合后，將線圈A插入線圈B的過程中，穿過B的磁場向下，磁通量增加，由楞次定律可知，感應(yīng)電流從靈敏電流計(jì)正接線柱流入，則靈敏電流計(jì)的指針將向左偏轉(zhuǎn)。(3)線圈A放在B中不動(dòng)，將滑動(dòng)變阻器的滑片向左滑動(dòng)時(shí)，穿過B的磁通量增加，感應(yīng)電流同(2)指針將向左偏轉(zhuǎn)。(4)線圈A放在B中不動(dòng)，突然斷開S時(shí)，穿過B的磁通量減少，由楞次定律可知，感應(yīng)電流與(2)相反，指針將向右偏轉(zhuǎn)。答案：(1)C

(2)向左(3)向左(4)向右3．在“探究電磁感應(yīng)的產(chǎn)生條件”實(shí)驗(yàn)中，實(shí)物連線后如圖1所示。感應(yīng)線圈組的內(nèi)外線圈的繞線方向如圖2粗線所示。(1)接通電源，閉合開關(guān)，G表指針會(huì)有大的偏轉(zhuǎn)，幾秒后G表指針停在中間不動(dòng)，電流從正接線柱流入G表指針右偏。將滑動(dòng)變阻器的觸頭迅速向右滑動(dòng)時(shí)，G表指針________(“不動(dòng)”“右偏”“左偏”“不停振動(dòng)”)；迅速抽出鐵芯時(shí)，G表指針________(“不動(dòng)”“右偏”“左偏”“不停振動(dòng)”)。(2)斷開開關(guān)和電源，將鐵芯重新插入內(nèi)線圈中，把直流輸出改為交流輸出，其他均不變。接通電源，閉合開關(guān)，G表指針________(“不動(dòng)”“右偏”“左偏”“不停振動(dòng)”)。(3)僅用一根導(dǎo)線，如何判斷G表內(nèi)部線圈是否斷了？解析：(1)將滑動(dòng)變阻器的觸頭向右滑動(dòng)時(shí)，電路中電阻減小，從B端流入的電流增大，磁場增強(qiáng)，根據(jù)題圖2線圈中繞線方向和楞次定律，電流應(yīng)從A端流入線圈，G表指針左偏；迅速抽出鐵芯時(shí)，磁場變?nèi)酰珿表指針偏轉(zhuǎn)應(yīng)與之前相反，右偏。(2)改為交流輸出后，磁場不停發(fā)生變化，根據(jù)楞次定律可知感應(yīng)磁場也在不停變化，G表指針不停振動(dòng)。(3)晃動(dòng)G表，觀察指針偏轉(zhuǎn)程度；用導(dǎo)線將正負(fù)極短接，晃動(dòng)G表，觀察指針偏轉(zhuǎn)程度，若兩次偏轉(zhuǎn)程度相同，短接以后指針偏轉(zhuǎn)程度沒有減小，則內(nèi)部線圈已經(jīng)斷了，反之則內(nèi)部線圈未斷。答案：(1)左偏右偏(2)不停振動(dòng)(3)見解析考法二數(shù)據(jù)處理4．根據(jù)如圖甲、乙、丙、丁所示進(jìn)行電路圖的連接與實(shí)驗(yàn)操作，并填好實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象記錄表格。

甲乙丙丁實(shí)驗(yàn)操作S極插入線圈S極拔出線圈N極插入線圈N極拔出線圈原來磁場的方向

原來磁場的磁通量變化

感應(yīng)電流方向(俯視)

感應(yīng)電流的磁場方向

原磁場與感應(yīng)電流的磁場方向的關(guān)系

請(qǐng)根據(jù)上表所填內(nèi)容分析，感應(yīng)電流的磁場方向是否總是與原磁場方向相反或相同？什么時(shí)候相反？什么時(shí)候相同？感應(yīng)電流的磁場對(duì)原磁場磁通量變化有何影響？答案：向上向上向下向下增大減小增大減小順時(shí)針逆時(shí)針逆時(shí)針順時(shí)針向下向上向上向下相反相同相反相同不一定，有時(shí)相反，有時(shí)相同；閉合回路中原磁場的磁通量增加時(shí)，感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場方向與原磁場方向相反；閉合回路中原磁場的磁通量減少時(shí)，感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場方向與原磁場方向相同；感應(yīng)電流的磁場總是阻礙原磁場磁通量的變化。續(xù)表5．為了探究磁場產(chǎn)生電流的條件，某同學(xué)做了下面實(shí)驗(yàn)(如圖所示)：研究對(duì)象：線圈B和電流表構(gòu)成的閉合回路；磁場提供：通電線圈A。該同學(xué)完成實(shí)驗(yàn)后，繪制表格如下：

電流表的指針斷開開關(guān)，移動(dòng)變阻器滑片a接通開關(guān)，移動(dòng)變阻器滑片偏轉(zhuǎn)接通開關(guān)，變阻器滑片不移動(dòng)不偏轉(zhuǎn)斷開開關(guān)瞬間b(1)表格中，a處應(yīng)為________，b處應(yīng)為________。(填“偏轉(zhuǎn)”或“不偏轉(zhuǎn)”)(2)由上面實(shí)驗(yàn)我們得出在磁場中產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件是___________________。解析：(1)斷開開關(guān)，移動(dòng)變阻器的滑片，穿過副線圈的磁通量不變，不產(chǎn)生感應(yīng)電流，指針不偏轉(zhuǎn)；斷開開關(guān)的瞬間，穿過副線圈的磁通量發(fā)生變化，產(chǎn)生感應(yīng)電流，指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。(2)由實(shí)驗(yàn)可知，穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變化時(shí)，電路產(chǎn)生感應(yīng)電流。答案：(1)不偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)(2)見解析6．(2022·成都七中月考)某小組的同學(xué)做“探究影響感應(yīng)電流方向的因素”的實(shí)驗(yàn)。(1)首先按圖甲連接電路，閉合開關(guān)后，電流計(jì)指針向右偏轉(zhuǎn)；再按圖乙連接電路，閉合開關(guān)后，電流計(jì)指針向左偏轉(zhuǎn)。進(jìn)行上述操作的目的是________。A．檢查電流計(jì)對(duì)電路中電流的測(cè)量是否準(zhǔn)確B．檢查干電池是否為新電池C．判斷電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)方向與電流方向的關(guān)系(2)接下來用圖丙所示的裝置做實(shí)驗(yàn)，圖中螺線管上的粗線標(biāo)示的是導(dǎo)線的繞行方向。某次實(shí)驗(yàn)時(shí)在條形磁鐵插入螺線管的過程中，觀察到電流計(jì)指針向右偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，說明螺線管中的電流方向(從上往下看)為________(填“順時(shí)針”或“逆時(shí)針”)。(3)下表是該小組的同學(xué)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)記錄表的一部分，表中記錄了實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，還有一項(xiàng)需要推斷的實(shí)驗(yàn)結(jié)果未填寫，請(qǐng)幫助該小組的同學(xué)填寫(填“垂直紙面向外”或“垂直紙面向里”)。操作N極朝下插入螺線管從上往下看的平面圖(B0表示原磁場，即磁鐵產(chǎn)生的磁場)原磁場通過螺線管的磁通量的變化增加感應(yīng)電流的方向(從上往下看)沿逆時(shí)針方向感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場B′的方向

(4)該小組的同學(xué)通過實(shí)驗(yàn)探究，對(duì)楞次定律有了比較深刻的認(rèn)識(shí)。結(jié)合以上實(shí)驗(yàn)，有同學(xué)認(rèn)為，理解楞次定律，關(guān)鍵在于理解________(填“B0”或“B′”)總是要阻礙________(填“B0”或“B′”)磁通量的變化。解析：(1)題中操作及電流計(jì)的指針偏轉(zhuǎn)方向說明電流從電流計(jì)的“＋”接線柱流入時(shí)，電流計(jì)指針向右偏轉(zhuǎn)，電流從電流計(jì)的“－”接線柱流入時(shí)，電流計(jì)指針向左偏轉(zhuǎn)。進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)的目的是推斷電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)方向與電流方向的關(guān)系，以便于在后續(xù)實(shí)驗(yàn)中根據(jù)電流計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)方向判斷螺線管