實驗十三探究影響感應電流方向的因素一、實驗目的1．探究感應電流方向與哪些因素有關。2．學習利用電流計判斷感應電流方向的方法。二、實驗原理與器材1．實驗原理(1)判斷電流計指針的偏轉方向與電流方向的關系：探究電路如圖甲所示，探究出電流從電流計的“＋”“－”接線柱流入方向與指針的偏轉方向的關系，從而用該電流計判斷感應電流的方向。甲(2)將磁鐵的不同磁極插入、拔出螺線管，觀察感應電流方向的變化。通過分析感應電流的方向與磁鐵的磁場方向、線圈磁通量的變化之間的關系，探究影響感應電流方向的因素，實驗裝置如圖乙所示。乙2．實驗器材：條形磁鐵、電流計、線圈、導線、干電池(用來確定通過電流計的電流方向與電流計中指針偏轉方向的關系)、開關、滑動變阻器。三、實驗步驟與操作實驗(一)：探究條形磁鐵插入或拔出線圈時感應電流的方向1．確定電流計指針偏轉方向與電流方向及電流計正、負接線柱的關系。丙(1)按圖丙連接電路。(2)調節滑動變阻器，使接入電路的電阻最大。(3)迅速閉合開關，發現電流計指針偏轉后立即斷開開關。(4)記錄電流方向與電流計的指針偏轉方向和電流計正、負接線柱接線情況，找出它們之間的關系。2．觀察并記錄磁場方向、磁通量變化情況與感應電流方向的關系。丁(1)按圖丁連接電路，明確螺線管的繞線方向。(2)按照控制變量的方法分別進行N極(S極)向下時插入線圈和N極(S級)向下時抽出線圈的實驗。(3)觀察并記錄磁場方向、電流方向，磁通量大小變化情況，并將結果填入表格一。表格一相對運動情況原磁場方向向下向下向上向上Φ的變化情況增加減小減小增加線圈中感應電流的方向自下而上自上而下自下而上自上而下感應電流的磁場方向(線圈中)向上向下向上向下感應電流的磁場方向與原磁場方向的關系相反相同相同相反3．歸納感應電流方向與其他因素的關系。學生用書第262頁實驗(二)：探究導體切割磁感線時感應電流的方向1．用與實驗一相同的方法判斷電流方向與電流表指針偏轉方向的關系。2．按圖戊連接電路。戊3．沿不同方向運動導體棒，觀察并記錄磁場方向、導體棒運動方向和電流方向，將結果記錄在設計的表格二中。表格二磁場方向××××····××××····導體棒運動方向電流方向向上向下向下向上4．總結電流方向、磁場方向和導體棒運動方向三者間的關系。四．實驗結論1．當穿過線圈的磁通量增加時，感應電流的磁場與原磁場的方向相反；當穿過線圈的磁通量減少時，感應電流的磁場與原磁場的方向相同。2．當磁鐵靠近線圈時，兩者相斥；當磁鐵遠離線圈時，兩者相吸。五．注意事項1．確定電流方向與電流表指針偏轉方向的關系時，要用試觸法并注意減小電流強度，防止電流過大或通電時間過長損壞電流表。2．電流表選用零刻度在中間的靈敏電流計。3．實驗前設計好表格，并明確線圈的繞線方向。4．按照控制變量的思想進行實驗。5．進行一種操作后，等電流計指針回零后再進行下一步操作。類型一教材原型實驗(2023·江西新余高三期末)(1)在探究楞次定律的實驗中，除需要已知繞向的螺線管、條形磁鐵外，還要用到一個電表，請從下列電表中選擇________。A．量程為0～3V的電壓表B．量程為0～3A的電流表C．量程為0～0.6A的電流表D．零刻度在中間的靈敏電流計(2)某同學按下列步驟進行實驗：①將已知繞向的螺線管與電表連接；②設計表格：記錄分別將磁鐵N、S極插入或抽出過程中引起感應電流的磁場方向、磁通量的變化、感應電流的方向、感應電流的磁場方向；③分析實驗結果，得出結論。上述實驗中，漏掉的實驗步驟是要查明___________________________________的關系。(3)在上述實驗中，當磁鐵插入螺線管的速度變快，電表指針偏角________(選填“不變”“變大”或“變小”)。學生用書第263頁(4)如圖所示，圖甲為某實驗小組利用微電流傳感器做驗證楞次定律實驗時，在計算機屏幕上得到的波形。橫坐標為時間t，縱坐標為電流I，根據圖線分析知道：將條形磁鐵的N極插入圓形閉合線圈時得到圖甲內①所示圖線，現用該磁鐵，如圖乙所示，從很遠處按原方向沿一圓形線圈的軸線勻速運動，并穿過線圈向遠處而去，圖丙中較正確地反映線圈中電流I與時間t關系的是________。答案：(1)D(2)電流流入電表方向與電表指針偏轉方向(3)變大(4)B解析：(1)在探究楞次定律的實驗中，除需要已知繞向的螺線管、條形磁鐵外，還要用到一個零刻度在中間的靈敏電流計。故選D。(2)依據以上操作，實驗中漏掉的實驗步驟是要查明電流流入電表方向與電表指針偏轉方向的關系。(3)當磁鐵插入螺線管的速度變快，磁通量變化越快，感應電流也越大，電表指針偏角變大。(4)條形磁鐵的N極迅速插入感應線圈時，得到題圖甲中①所示圖線，現有題圖乙所示磁鐵自遠處勻速沿一圓形線圈的軸線運動，并穿過線圈向遠處而去，由楞次定律得出感應電流方向與題圖甲中①所示電流方向相反，即為正方向；當遠離感應線圈時，則感應電流方向為負方向。故選B。(2023·山東威海期末)在“探究影響感應電流方向的因素”的實驗中，請回答下列問題。(1)為弄清靈敏電流表指針擺動方向與電流方向的關系，可以使用一個已知正負極性的直流電源進行探究。某同學想到了多用電表內部某一擋含有直流電源，他應選用多用電表的__________(選填“歐姆”“直流電流”“直流電壓”“交流電流”或“交流電壓”)擋，對靈敏電流表進行測試，由實驗可知當電流從正接線柱流入電流表時，指針向右擺動。(2)該同學先將多用電表的紅表筆接靈敏電流表的正接線柱。再將黑表筆___________(選填“短暫”或“持續”)接靈敏電流表的負接線柱。靈敏電流表的指針向負接線柱一邊擺動，電流由電流表的___________(選填“正”或“負”)接線柱流入靈敏電流表。(3)實驗中，該同學將磁鐵某極向下從線圈上方插入線圈時，發現電流表的指針向右偏轉，請在圖甲中用箭頭畫出線圈電流方向并用字母N、S標出磁鐵的極性。(4)另一位同學利用圖乙所示的實驗器材來研究電磁感應現象及判定感應電流方向。在給出的實物圖中，已用實線作為導線連接了部分實驗電路。①請用實線作為導線從箭頭1和2處開始完成其余部分電路的連接；②將L1插入L2后，下列實驗操作產生的感應電流與合上開關時產生的感應電流方向相同的是_________。A．閉合開關，穩定后拔出軟鐵棒B．閉合開關，穩定后拔出線圈L1C．閉合開關，穩定后使變阻器滑片P左移D．閉合開關，穩定后斷開開關答案：(1)歐姆(2)短暫負(3)見解析圖(4)①見解析圖②C解析：(1)根據題意可知，實驗要使用電表內部某一擋，含有直流電源，只有多用電表的歐姆擋有電源，所以需要選用多用電表歐姆擋對靈敏電流表進行測試。(2)靈敏電流表量程太小，歐姆表內部電源電壓相對較大，若電流超過電流表量程，長時間通電會損壞電流表，故應短暫接觸靈敏電流表的負接線柱；歐姆表紅表筆連接電源的負極，則電流從電流表的負接線柱流入。(3)電流表的指針向右偏轉，說明電流從正接線柱流入電流表，感應電流的磁場方向向下，根據楞次定律可知，原磁場方向向上，故插入的磁鐵下端為S極，如圖1所示。(4)①將線圈L2與電流計串聯形成回路，將電源、開關、滑動變阻器、線圈L1串聯形成另一個回路，實物圖如圖2所示。②根據題意，閉合開關時，穿過線圈L2的磁通量增大，產生的感應電流的磁場方向與原磁場方向相反，而拔出軟鐵棒、拔出線圈L1、斷開開關S，穿過線圈L2的磁通量均減小，產生的感應電流的磁場方向與原磁場方向相同，故A、B、D錯誤；當使滑動變阻器滑片P左移，電流增大，穿過線圈L2的磁通量增大，產生的感應電流的磁場方向與原磁場方向相反，故C正確。故選C。對點練．如圖甲所示，在“研究磁通量變化時感應電流的方向”的實驗中：(1)某同學用通電螺線管代替條形磁鐵進行如下實驗操作：A．將靈敏電流計直接與電池兩極相連，檢測靈敏電流計指針偏轉方向與電流流向的關系；B．按圖甲接好電路；C．把原線圈放入副線圈中，接通、斷開開關觀察并記錄靈敏電流計指針偏轉方向；學生用書第264頁D．歸納出感應電流的方向與磁通量變化的關系。其中錯誤之處是_____________________________________、_________________________。(2)已知一靈敏電流計，當電流從正接線柱流入時，指針向正接線柱一側偏轉，現把它與線圈串聯接成如圖乙所示電路，條形磁鐵的磁極、運動方向及靈敏電流計的正負接線柱和指針偏轉方向均如圖所示，試畫出螺線管上導線的繞向。答案：(1)A中電流計要串接保護電阻后再接到電池上B中原、副線圈位置弄反了(2)見解析圖解析：(1)將靈敏電流計直接與電池兩極相連，會造成電源短路，損壞電源，電流計要串接保護電阻后再接到電池上，故A操作錯誤；原線圈應該用小線圈，副線圈應該用大線圈，由題圖甲所示電路圖可知，原、副線圈弄反了，故B操作錯誤。(2)由題圖乙可知，穿過螺線管的磁場方向向下，磁鐵向螺線管靠近，穿過螺線管的磁通量變大，由楞次定律可知，感應電流磁場方向應向上，由安培定則可知，從上向下看，螺線管的繞向是沿逆時針方向，螺線管的繞向如圖所示類型二拓展創新實驗(2023·河南焦作聯考)某學習小組在“研究回路中感應電動勢大小與磁通量變化快慢的關系”的實驗中采用了如圖甲所示的實驗裝置。(1)實驗需用螺旋測微器測量擋光片的寬度Δd，如圖乙所示，Δd＝________mm。(2)在實驗中，讓小車以不同速度靠近螺線管，記錄下光電門擋光時間Δt內感應電動勢的平均值E，改變速度多次實驗，得到多組數據。這樣的實驗設計滿足了物理實驗中常用的“控制變量法”，你認為小車以不同速度靠近螺線管過程中不變的量是：在Δt時間內__________________________。(3)得到多組Δt與E的數據之后，若以E為縱坐標、Δt為橫坐標畫出E-Δt圖像，發現圖像是一條曲線，不容易得出清晰的實驗結論，為了使畫出的圖像為一條直線，最簡單的改進辦法是以________為橫坐標。(4)根據改進后畫出的圖像得出的結論是：在誤差允許的范圍內，______________________________________________________。(5)其他條件都不變，若換用匝數加倍的線圈做實驗，根據實驗數據所作出的那條直線，其斜率________(選填“減半”“不變”或“加倍”)。答案：(1)5.666(5.665～5.667)(2)穿過線圈的磁通量的變化量(3)eq\f(1,Δt)(4)見解析(5)加倍解析：(1)螺旋測微器固定刻度為5.5mm，可動刻度為0.01mm×16.6＝0.166mm，所以最終讀數為5.5mm＋0.166mm＝5.666mm。(2)在擋光片每次經過光電門的過程中，磁鐵與線圈之間相對位置的改變量都一樣，穿過線圈磁通量的變化量ΔΦ都相同。(3)根據E＝neq\f(ΔΦ,Δt)，因ΔΦ不變，E與eq\f(1,Δt)成正比，橫坐標應該是eq\f(1,Δt)。(4)感應電動勢與磁通量變化率成正比(或者在磁通量變化量相同的情況下，感應電動勢與時間成反比)。(5)匝數n加倍后，產生的感應電動勢加倍，E-eq\f(1,Δt)圖像縱坐標加倍，橫坐標不變，所以新圖像的斜率加倍。創新點評1．實驗目的創新：定量探究感應電動勢大小與磁通量變化快慢的關系。2．實驗器材創新：用光電門測量磁場變化的時間，用電壓傳感器測線圈電壓。對點練．(2023·江蘇南京期末)在用如圖甲所示裝置“研究回路中感應電動勢大小與磁通量變化快慢的關系”的實驗中：(1)本實驗中需要用到的傳感器是光電門傳感器和________傳感器。(2)記錄下小車某次勻速向左運動至最后撞上螺線管停止的全過程中感應電動勢與時間的變化關系，如圖乙所示，擋光時間Δt內圖像所圍陰影部分面積為S，增加小車的速度再次實驗得到的面積S′________(選填“＞”“＜”或“＝”)S。答案：(1)電壓(2)＝解析：(1)需要電壓傳感器測量感應電動勢的平均值。(2)根據法拉第電磁感應定律公式E＝eq\f(nΔΦ,Δt)，則擋光時間Δt內圖像所圍陰影部分面積為S＝E·Δt＝n·ΔΦ由于小車的初末位置不變，磁通量的變化量ΔΦ相等，故面積為一個定值。課時測評56探究影響感應電流方向的因素eq\f(對應學生,用書P467)(時間：30分鐘滿分：30分)(本欄目內容，在學生用書中以獨立形式分冊裝訂！)1．(10分)在“探究影響感應電流方向的因素”實驗中，(1)為安全檢測靈敏電流表指針偏轉方向與電流流向的關系，在給出的實物圖(如圖甲)中，將正確需要的實驗儀器連成完整的實驗電路。(2)電路中定值電阻的作用主要是為了________。A．減小電路兩端的電壓，保護電源B．增大電路兩端的電壓，保護電源C．減小電路中的電流，保護靈敏電流表D．減小電路中的電流，便于觀察靈敏電流表的讀數(3)如圖乙所示，下列實驗操作中說法正確的是________。A．判斷感應電流的方向時，需要先確定線圈的繞法B．實驗中需要將條形磁體的磁極快速插入或快速拔出，感應電流的產生將更加明顯C．實驗中將條形磁體的磁極插入或拔出時，不管緩慢，還是迅速，對實驗現象都不影響D．將N極向下插入線圈或將S極向下插入線圈，電流表的偏轉方向相同答案：(1)見解析圖(2)C(3)AB解析：(1)為安全檢測靈敏電流表指針偏轉方向與電流流向的關系，應將電源和電流計連接，考慮到電流計的內阻很小，應接入大電阻保護電表，幾個元件串聯連接，完整的實驗電路如圖所示。(2)因靈敏電流計的內阻很小，直接接電源容易滿偏，則接入定值電阻的作用主要是為了減小電路中的電流，保護靈敏電流表，故選C。(3)判斷感應電流的方向時，用楞次定律需要知道線圈流過電流時原磁場的方向，則需要先確定線圈的繞法，故A正確；實驗中將條形磁體的磁極快速插入或快速拔出，磁通量的變化率會更大，產生的感應電流會更大，指針的偏轉幅度會更大，產生的現象將更加明顯，故B正確，C錯誤；將N極向下插入線圈或將S極向下插入線圈，磁通量都增大，但兩種原磁場方向相反，由楞次定律得出的感應電流方向相反，電流表的偏轉方向相反，故D錯誤。故選AB。2．(10分)探究感應電流方向的實驗所需器材包括：條形磁鐵、電流計、線圈、導線、一節干電池(用來查明線圈中電流的流向與電流計中指針偏轉的方向的關系)。(1)實驗現象如圖所示，根據實驗現象，完成以下內容：①比較甲圖和__________(選填“乙圖”“丙圖”或“丁圖”)，發現電流計指針偏轉的方向相同，這是因為______________________________。②實驗結論：感應電流具有這樣的方向，即感應電流的磁場總要阻礙引起感應電流的____________________。(2)為進一步弄清電流計指針擺動方向與電流方向的關系，可以使用一節干電池進行探究。實驗發現當電流從正接線柱流入電流計時，指針向右擺動。(3)為了能進一步了解感應電流大小隨時間變化的關系，要使用電流傳感器，連接好后，以甲圖為例，圖示方向為正方向，讓磁鐵從線圈上方釋放，你認為在磁鐵豎直穿過整個線圈的過程中，傳感器顯示的電流i隨時間t變化的圖像應該是________。答案：(1)①丁圖見解析②(磁場)磁通量的變化(3)A解析：(1)①由題圖可知，比較甲圖和丁圖，發現電流計指針偏轉的方向相同，這是因為當磁鐵N極插入線圈或磁鐵S極拔出線圈時，感應電流產生的磁場方向相同；②感應電流具有這樣的方向，即感應電流的磁場總要阻礙引起感應電流的(磁場)磁通量的變化。(3)當磁鐵完全進入線圈內時，穿過線圈的磁通量不變，則不會產生感應電流，磁鐵會加速運動，當到達線圈底部時，磁通量變化率大于磁鐵進入線圈時的磁通量變化率，依據法拉第電磁感應定律，可知到達底部的感應電流較大，再由楞次定律可知，磁鐵進入與離開線圈時的感應電流方向相反，故選A。3．(10分)小紅用如圖甲所示的裝置探究“影響感應電流方向的因素”的實驗，螺線管與電流計構成閉合電路，條形磁鐵N極朝下。請回答下列問題：(1)要想使電流計指針發生偏轉，即有感應電流產生，小紅進行了以下四種操作，其中可行的是()A．螺線管不動，磁鐵靜止放在螺線管中B．螺線管不動，磁鐵插入或拔出螺線管C．磁鐵與螺線管保持相對靜止，一起勻速向上運動D．磁鐵與螺線管保持相對靜止，一起