第1講實驗十五探究影響感應電流方向的因素

電磁感應現(xiàn)象楞次定律第十一章電磁感應1.通過實驗探究影響感應電流方向的因素。

2.知道電磁感應現(xiàn)象的產(chǎn)生條件并會分析解決實際問題。3.會根據(jù)楞次定律判斷感應電流的方向,會應用楞次定律的推論分析問題。4.能夠綜合應用安培定則、左手定則、右手定則和楞次定律解決實際問題。學習目標目

錄CONTENTS考點01限時作業(yè)02考點1考點二實驗:探究影響感應電流方向的因素考點一電磁感應現(xiàn)象考點三楞次定律及推廣應用考點四“三定則、一定律”的應用1.磁通量考點一電磁感應現(xiàn)象(1)公式:Φ=______,S為垂直磁場方向的____________,磁通量為______(填“標量”或“矢量”)。(2)物理意義:磁通量的大小可形象表示穿過某一面積的_________條數(shù)的多少。(3)磁通量變化:ΔΦ=Φ2-Φ1。BS投影面積標量磁感線2.電磁感應現(xiàn)象(1)當穿過閉合導體回路的_________發(fā)生變化時,閉合導體回路中有感應電流產(chǎn)生,這種利用磁場產(chǎn)生電流的現(xiàn)象叫作電磁感應。(2)感應電流產(chǎn)生的條件穿過______導體回路的_____________________。(3)電磁感應現(xiàn)象產(chǎn)生_______________,如果電路閉合,則有感應電流。如果電路不閉合,則只有_______________而無感應電流。磁通量閉合磁通量發(fā)生變化感應電動勢感應電動勢判斷正誤×√(1)閉合電路內只要有磁通量,就一定有感應電流產(chǎn)生。()(2)穿過線圈的磁通量和線圈的匝數(shù)無關。()B例1

下列關于甲、乙、丙、丁四幅圖的說法,正確的是(

)A.圖甲中,當兩導體棒以相同的速度在導軌上勻速向右運動時,導體棒中能產(chǎn)生感應電流B.圖乙中,當導體棒ab在勻強磁場中以恒定的角速度繞圓心轉動時,導體棒中能產(chǎn)生感應電流C.圖丙中,當閉合圓環(huán)導體(水平放置)某一直徑正上方的直導線中通有電流時,閉合圓環(huán)導體中能產(chǎn)生感應電流D.圖丁中,當滑動變阻器的滑片向右滑動時,不閉合的導體環(huán)中能產(chǎn)生感應電流解析

題圖甲中,當兩導體棒以相同的速度在導軌上勻速向右運動時,兩導體棒所構成回路的面積固定不變,而回路所在磁場的磁感應強度也不變,則回路中的磁通量不變,因此不會產(chǎn)生感應電流,A錯誤;題圖乙中,當導體棒ab在勻強磁場中以恒定的角速度轉動時,導體棒切割磁感線,從而產(chǎn)生動生電動勢,且形成閉合回路,能產(chǎn)生感應電流,B正確;題圖丙中,當閉合圓環(huán)導體(水平放置)某一直徑正上方的直導線中通有電流時,通電導線產(chǎn)生的磁場在以通電導線的投影為對稱軸的閉合圓環(huán)導體前后面中,磁場方向相反,則閉合圓環(huán)導體的磁通量為零,因此不會產(chǎn)生感應電流,C錯誤;題圖丁中,當滑動變阻器的滑片向右滑動時,電路中的電阻增大,電流減小,從而使電流產(chǎn)生的磁場發(fā)生變化,使不閉合的導體環(huán)中產(chǎn)生感應電動勢,但因為導體環(huán)不閉合,沒有形成完整的回路,因此不閉合的導體環(huán)中不能產(chǎn)生感應電流,D錯誤。AC例2

(多選)(2025·八省聯(lián)考云南卷,8)法拉第在日記中記錄了其發(fā)現(xiàn)電磁感應現(xiàn)象的過程,某同學用現(xiàn)有器材重現(xiàn)了其中一個實驗。如圖所示,線圈P兩端連接到靈敏電流計上,線圈Q通過開關S連接到直流電源上。將線圈Q放在線圈P的里面后,則(

)A.開關S閉合瞬間,電流計指針發(fā)生偏轉B.開關S斷開瞬間,電流計指針不發(fā)生偏轉C.保持開關S閉合,迅速拔出線圈Q瞬間,電流計指針發(fā)生偏轉D.保持開關S閉合,迅速拔出線圈Q瞬間,電流計指針不發(fā)生偏轉解析

開關S閉合瞬間,通過線圈Q的電流增加,穿過線圈P的磁通量增加,P中會產(chǎn)生感應電流,即電流計指針發(fā)生偏轉,故A正確;開關S斷開瞬間,通過線圈Q的電流減小,則穿過線圈P的磁通量減小,P中會產(chǎn)生感應電流,即電流計指針發(fā)生偏轉,故B錯誤;保持開關S閉合,迅速拔出線圈Q瞬間,穿過線圈P的磁通量減小,則P中會產(chǎn)生感應電流,即電流計指針發(fā)生偏轉,故C正確,D錯誤。1.實驗原理:利用電流表指針偏轉方向確定影響感應電流方向的因素。2.操作要領 (1)如圖,探究電流表指針偏轉方向與電流方向的關系?？键c二實驗:探究影響感應電流方向的因素(2)查明線圈繞向。(3)如圖,將磁體插入或抽出,觀察電流方向。3.記錄分析(1)觀察記錄:圖號磁場方向及磁通量變化感應電流的方向(從上往下看)感應電流的磁場方向(用安培定則來判斷)甲磁場方向向下,磁通量增加逆時針______乙磁場方向向上,磁通量增加順時針______丙磁場方向向下,磁通量減少順時針______丁磁場方向向上,磁通量減少逆時針______向上向下向下向上(2)實驗結論當線圈中磁通量增加時,感應電流的磁場方向跟磁體磁場方向______;當穿過線圈的磁通量減少時,感應電流的磁場方向與磁體磁場方向______。相反相同例3

在“研究磁通量變化時感應電流的方向”實驗中,實物電路連接如圖:(1)實物圖中有一個元件接錯了回路,在錯誤導線上打“×”,用筆畫線代替導線正確連接。答案

開關應接入原線圈A所在的回路,見解析圖解析

開關應接入原線圈A所在的回路,改正后的接法如圖所示。(2)為了方便探究感應電流方向的規(guī)律,實驗應研究原磁場方向、磁通量的變化情況、____________三者的關系。

答案

感應電流的磁場方向解析

為了方便探究感應電流方向的規(guī)律,實驗應研究原磁場方向、磁通量的變化情況、感應電流的磁場方向三者之間的關系。(3)在實驗過程中,除了查清流入電流表的電流方向與指針偏轉方向之間的關系之外,還應查清____________中導線的繞制方向(選填“A”“B”或“A和B”)。

答案

A和B解析

在實驗過程中,需要確定線圈A中電流的磁場方向和線圈B中感應電流的磁場方向,故還應查清線圈A與線圈B中導線的繞制方向。一、楞次定律1.內容: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__________________。適用于一切電磁感應現(xiàn)象。2.運用楞次定律判定感應電流方向的基本思路考點三楞次定律及推廣應用磁通量的變化3.楞次定律中“阻礙”的含義可推廣為:感應電流的效果總是阻礙引起感應電流的原因。根據(jù)引起感應電流的情境,常見以下幾種具體推論:推論例證增反減同來拒去留磁體靠近,B感、B原反向,二者相斥;磁體遠離,B感、B原同向,二者相吸推論例證增縮減擴增離減靠P、Q是光滑固定導軌,a、b是可移動金屬棒,磁體下移(上移),a、b靠近(遠離),使回路面積縮小(擴大)當開關S閉合時,左環(huán)向___擺動、右環(huán)向___擺動,______通電線圈左右遠離掌心二、右手定則

伸開右手,使拇指與其余四個手指垂直,并且都與手掌在同一個平面內;讓磁感線從______進入,并使拇指指向導線運動的方向,這時______所指的方向就是感應電流的方向。適用于判定導體_______________時感應電流的方向。四指切割磁感線判斷正誤(1)當導體切割磁感線時,一定產(chǎn)生感應電動勢。()(2)使用右手定則時必須讓磁感線垂直穿過掌心。()(3)任何感應電流方向的判斷既可使用楞次定律,又可使用右手定則。()×√×ABC例4

(多選)如圖甲所示,圓形線圈P靜止在水平桌面上,其正上方固定一螺線管Q,P和Q共軸,Q中的電流i隨時間t變化的規(guī)律如圖乙所示,取甲圖中電流方向為正方向,P所受的重力為G,桌面對P的支持力為FN,則(

)A.在t1時刻,FN>G,P有收縮的趨勢B.在t2時刻,FN=G,穿過P的磁通量不變C.在t3時刻,FN=G,P中有感應電流D.在t4時刻,FN>G,P有收縮的趨勢解析

當螺線管中電流增大時,其形成的磁場不斷增強,因此線圈P中的磁通量增大,根據(jù)楞次定律可知線圈P將阻礙其磁通量的增大,故線圈P有遠離和面積收縮的趨勢,即FN>G,P有收縮的趨勢,故A正確;當螺線管中電流不變時,其形成磁場不變,線圈P中的磁通量不變,因此線圈P中無感應電流產(chǎn)生,則t2和t4時刻FN=G,P沒有收縮的趨勢,故B正確,D錯誤;t3時刻螺線管中電流為零,但是線圈P中磁通量是變化的,因此此時線圈P中有感應電流,但此時刻二者之間沒有相互作用力,即FN=G,故C正確。B例5

如圖,水平放置的圓柱形光滑玻璃棒左邊繞有一線圈,右邊套有一金屬圓環(huán)。圓環(huán)初始時靜止。將圖中開關S由斷開狀態(tài)撥至連接狀態(tài),電路接通的瞬間,可觀察到(

)A.撥至M端或N端,圓環(huán)都向左運動B.撥至M端或N端,圓環(huán)都向右運動C.撥至M端時圓環(huán)向左運動,撥至N端時向右運動D.撥至M端時圓環(huán)向右運動,撥至N端時向左運動解析

開關S由斷開狀態(tài)撥至連接狀態(tài),不論撥至M端還是N端,通過圓環(huán)的磁通量均增加,根據(jù)楞次定律(增離減靠)可知圓環(huán)均會向右運動,故B正確。“三定則、一定律”的比較考點四“三定則、一定律”的應用名稱用途選用原則安培定則判斷電流產(chǎn)生的磁場(方向)分布電生磁左手定則判斷通電導線、運動電荷所受磁場力的方向電受力右手定則判斷導體切割磁感線產(chǎn)生的感應電流方向或等效電源正負極動生電楞次定律判斷因回路磁通量改變而產(chǎn)生的感應電流方向磁生電C例6

如圖所示,金屬棒ab、金屬導軌和螺線管組成閉合回路,金屬棒ab在勻強磁場B中沿導軌向右運動,則(

)A.ab棒不受安培力作用B.ab棒所受安培力的方向向右C.ab棒向右運動速度v越大,所受安培力越大D.螺線管產(chǎn)生的磁場,A端為N極解析

金屬棒ab向右運動切割磁感線,根據(jù)右手定則判斷感應電流方向由b→a,再根據(jù)左手定則判斷ab棒所受安培力水平向左,A、B錯誤;ab棒的速度越大,感應電流越大,所受安培力就越大,C正確;根據(jù)安培定則可判定螺線管的A端為S極,D錯誤。C例7

(2025·八省聯(lián)考四川卷,3)如圖所示,水平面MN下方存在垂直紙面向里的勻強磁場,紙面為豎直平面。不可形變的導體棒ab和兩根可形變的導體棒組成三角形回路框,其中ab處于水平位置,框從MN上方由靜止釋放,框面始終在紙面內,框落入磁場且ab未到達MN的過程中,沿磁場方向觀察,框的大致形狀及回路中的電流方向為(

)解析

由楞次定律“增反減同”可知回路框中感應電流方向為逆時針,根據(jù)左手定則可知左側導體棒所受安培力斜向右上方,右側導體棒所受安培力斜向左上方,框的大致形狀如選項C中所示,故C正確。限時作業(yè)2基礎對點練D對點練1

電磁感應現(xiàn)象1.某同學搬運如圖所示的磁電式電流表時,發(fā)現(xiàn)表針晃動劇烈且不易停止。按照老師建議,該同學在兩接線柱間接一根導線后再次搬運,發(fā)現(xiàn)表針晃動明顯減弱且能很快停止。下列說法正確的是(

)A.未接導線時,表針晃動過程中表內線圈不產(chǎn)生感應電動勢B.未接導線時,表針晃動劇烈是因為表內線圈受到安培力的作用C.接上導線后,表針晃動過程中表內線圈不產(chǎn)生感應電動勢D.接上導線后,表針晃動減弱是因為表內線圈受到安培力的作用解析

未接導線時,表針晃動過程中導線切割磁感線,表內線圈會產(chǎn)生感應電動勢,由于未連成閉合回路,沒有感應電流,所以不受安培力,A、B錯誤;接上導線后,表針晃動過程中線圈中會產(chǎn)生感應電流,表針晃動減弱是因為表內線圈受到安培力的作用,C錯誤,D正確。B2.我國計劃在2030年前實現(xiàn)載人登陸月球開展科學探索,其后將探索建造月球科研試驗站,開展系統(tǒng)、連續(xù)的月球探測和相關技術試驗驗證。假設有一航天員登月后,想探測一下月球表面是否有磁場,他手邊有一只靈敏電流表和一個小線圈,則下列推斷正確的是(

) A.將電流表與線圈連成閉合回路放于月球表面,根據(jù)電流表有無示數(shù)來判斷磁場的有無 B.將電流表與線圈連成閉合回路,使線圈沿某一方向運動,若電流表有示數(shù),則可以判斷月球表面有磁場 C.將電流表與線圈連成閉合回路,使線圈沿某一方向運動,若電流表無示數(shù),則可以判斷月球表面無磁場 D.將電流表與線圈連成閉合回路,使線圈在某一平面內沿各個方向運動,若電流表無示數(shù),則可以判斷月球表面無磁場解析

由于回路的磁通量不變,電流表一定沒有示數(shù),所以不能根據(jù)電流表有無示數(shù)來判斷磁場的有無,故A錯誤;使線圈沿某一方向運動,若電流表有示數(shù),說明回路的磁通量發(fā)生變化,則可以判斷月球表面有磁場,故B正確;使線圈沿某一方向運動,若電流表無示數(shù),不能判斷月球表面無磁場,因為有可能運動的方向與磁場方向平行,回路的磁通量不變,故C錯誤;使線圈在某一平面內沿各個方向運動,若電流表無示數(shù),不能判斷月球表面無磁場,因為有可能線圈平面一直與磁場方向垂直,回路的磁通量不變,故D錯誤。對點練2

實驗:探究影響感應電流方向的因素3.某實驗小組利用如圖所示的條形磁體和楞次環(huán)“探究影響感應電流方向的因素”。用磁體磁極靠近和遠離A環(huán),觀察實驗現(xiàn)象,并完成下表,其中感應電流的方向從A環(huán)靠近磁體的一側觀察是順時針還是逆時針。實驗序號1234實驗操作磁體N極靠近A環(huán)磁體S極靠近A環(huán)磁體N極遠離A環(huán)磁體S極遠離A環(huán)實驗現(xiàn)象排斥排斥吸引吸引磁通量變化增加增加減少____________原磁場方向指向A環(huán)指向磁體指向A環(huán)____________實驗序號1234感應電流磁場的方向與原磁場方向的關系相反相反相同____________感應電流磁場的方向指向磁體指向A環(huán)指向A環(huán)____________感應電流的方向

逆時針順時針順時針____________(1)由實驗1、2得出的結論是_____________________________________________。

(2)由實驗3、4得出的結論是________________________________________________。

(3)由實驗1、2、3、4得出的結論是____________________________________________________。

答案

減少指向磁體相同指向磁體逆時針(1)穿過閉合電路的磁通量增加時,感應電流的磁場方向與原磁場方向相反

(2)穿過閉合電路的磁通量減小時,感應電流的磁場方向與原磁場方向相同(3)感應電流的磁場總是要阻礙引起感應電流的磁通量的變化D對點練3

楞次定律及推廣應用4.(2024·廣東卷,4)電磁俘能器可在汽車發(fā)動機振動時利用電磁感應發(fā)電實現(xiàn)能量回收,結構如圖甲所示。兩對永磁鐵可隨發(fā)動機一起上下振動,每對永磁鐵間有水平方向的勻強磁場,磁感應強度大小均為B,磁場中,邊長為L的正方形線圈豎直固定在減震裝置上。某時刻磁場分布與線圈位置如圖乙所示,永磁鐵振動時磁場分界線不會離開線圈。關于圖乙中的線圈,下列說法正確的是(

)A.穿過線圈的磁通量為BL2B.永磁鐵相對線圈上升越高,線圈中感應電動勢越大C.永磁鐵相對線圈上升越快,線圈中感應電動勢越小D.永磁鐵相對線圈下降時,線圈中感應電流的方向為順時針方向解析

根據(jù)題圖乙可知此時穿過線圈的磁通量為0,故A錯誤;根據(jù)法拉第電磁感應定律可知永磁鐵相對線圈上升越快,磁通量變化越快,線圈中感應電動勢越大,故B、C錯誤;永磁鐵相對線圈下降時,根據(jù)楞次定律可知線圈中感應電流的方向為順時針方向,故D正確。D5.如圖所示,均勻帶負電的絕緣圓環(huán)a與金屬圓環(huán)b同心共面放置,當a環(huán)繞O點在其所在平面內旋轉時,b環(huán)中產(chǎn)生順時針方向的感應電流且具有收縮趨勢,則圓環(huán)a(

)A.順時針加速旋轉 B.順時針減速旋轉C.逆時針加速旋轉 D.逆時針減速旋轉解析

由于環(huán)a帶負電,當其順時針加速旋轉時,形成的電流為逆時針增大的電流,根據(jù)安培定則可知,其內有(金屬圓環(huán)a內)垂直紙面向外增強的磁場,其外金屬圓環(huán)b處有垂直紙面向里的磁場,產(chǎn)生的感應電流為順時針,根據(jù)左手定則可知,此時金屬圓環(huán)b有擴張的趨勢,A錯誤;當其順時針減速旋轉時,形成的電流為逆時針減小的電流,根據(jù)安培定則可知,其內有(金屬圓環(huán)a內)垂直紙面向外減弱的磁場,其外金屬圓環(huán)b處有垂直紙面向外的磁場,產(chǎn)生的感應電流為逆時針,根據(jù)左手定則可知,此時金屬圓環(huán)b有收縮的趨勢,B錯誤;當環(huán)a逆時針加速旋轉時,電流方向為順時針,并且電流在增大,根據(jù)安培定則可知,其內有(金屬圓環(huán)a內)垂直紙面向里的磁場,其外金屬圓環(huán)b處有垂直紙面向外的磁場,金屬環(huán)b產(chǎn)生的感應電流為逆時針,根據(jù)左手定則可知,金屬圓環(huán)b有收縮的趨勢,C錯誤;同理可知,D正確。D6.如圖所示平面內,在通有圖示方向電流I的長直導線右側,固定一矩形金屬線框abcd,ad邊與導線平行。調節(jié)電流I使得空間各點的磁感應強度隨時間均勻增加,則(

)A.線框中產(chǎn)生的感應電流方向為a→b→c→d→aB.線框中產(chǎn)生的感應電流逐漸增大C.線框ad邊所受的安培力大小恒定D.線框整體受到的安培力方向水平向右解析

由安培定則可知線框所在平面處磁場方向垂直紙面向里,再由楞次定律可判定線框中產(chǎn)生的感應電流方向為a→d→c→b→a,A錯誤;由于空間各點磁感應強度隨時間均勻增大,則線框中磁通量均勻增大,由法拉第電磁感應定律可知,線框中產(chǎn)生的感應電流恒定,B錯誤;ad邊所受安培力F=ILB隨B均勻增大而增大,C錯誤;由左手定則可知線框各邊所受安培力方向均垂直于各邊向內使線框收縮,由于離場源電流越近磁場越強,故ab邊與cd邊所受安培力等大反向,ad邊所受安培力大于bc邊所受安培力,整體所受合力方向水平向右,D正確。A對點練4

“三定則、一定律”的應用7.下列圖中表示閉合電路中的一部分導體ab在磁場中做切割磁感線運動的情景,導體ab上的感應電流方向為a→b的是(

)解析

ab棒順時針轉動,運用右手定則時,磁感線穿過手心,拇指指向順時針方向,則導體ab上的感應電流方向為a→b,故A正確;ab向紙外運動,運用右手定則時,磁感線穿過手心,拇指指向紙外,則導體ab上的感應電流方向為b→a,故B錯誤;穿過回路的磁通量減小,由楞次定律知,回路中感應電流方向由b→a→d→c,則導體ab上的感應電流方向為b→a,故C錯誤;ab棒沿導軌向下運動,由右手定則判斷知導體ab上的感應電流方向為b→a,故D錯誤。C8.如圖所示,在豎直方向上的兩個勻強磁場B1和B2中,各放入一個完全一樣的水平金屬圓盤a和b,它們可繞豎直軸自由轉動。用導線將a盤中心與b盤邊緣相連,b盤中心與a盤邊緣相連。從上向下看,當a盤順時針轉動時(

)A.b盤總是逆時針轉動B.若B1、B2同向,b盤順時針轉動C.若B1、B2反向,b盤順時針轉動D.b盤總是順時針轉動解析

若B1、B2都豎直向上,從上向下看,當a盤順時針轉動時,其半徑切割磁感線,感應電流方向為a'→O→b'→O'→a',b盤電流為b'→O',根據(jù)左手定則可知,b盤受到安培力沿逆時針方向(俯視)轉動;若B1、B2都豎直向下,從上向下看,當a盤順時針轉動時,其半徑切割磁感線,感應電流方向為O→a'→O'→b'→O,b盤電流為O'→b',根據(jù)左手定則可知,b盤受到安培力沿逆時針方向(俯視)轉動;若B1向上,B2向下,從上向下看,當a盤順時針轉動時,b盤受到安培力沿順時針方向(俯視)轉動;若B1向下,B2向上,從上向下看,當a盤順時針轉動時,b盤受到安培力沿順時針方向(俯視)轉動,A、B、D錯誤,C正確。BC9.(多選)如圖所示,銅圓盤安裝在豎直的銅軸上,圓盤處于方向豎直向上的勻強磁場中。電路通過電刷與圓盤的邊緣和銅軸接觸良好,電源電動勢為E,內阻為r,定值電阻為R。先將開關閉合,待圓盤轉速穩(wěn)定后再斷開開關,不計一切摩擦,下列說法中正確的是

(

)A.閉合開關時,從上往下看圓盤逆時針轉動B.閉合開關轉速穩(wěn)定時,流過圓盤的電流為零C.斷開開關時,a點電勢低于b點電勢D.斷開開關后,流過電阻R上的電流方向與原電流方向相反解析

閉合開關時,銅圓盤中有電流經(jīng)過,圓盤中電流方向沿半徑向外,根據(jù)左手定則可知,從上往下看圓盤順時針轉動,故A錯誤;閉合開關轉速穩(wěn)定時,圓盤不受安培力作用,根據(jù)F=ILB可知流過圓盤的電流為零,故B正確;斷開開關時,從上往下看,圓盤順時針轉動,圓盤的半徑切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢,由右手定則知,圓盤中電流方向沿半徑向里,所以a點電勢低于b點電勢,故C正確;閉合開關時,流過電阻R上的電流方向從b點經(jīng)電阻R到a點;斷開開關時,a點電勢低于b點電勢,流過電阻R上的電流方向從b點經(jīng)電阻R到a點,所以斷開開關后,流過電阻R上的電流方向與原電流方向相同,故D錯誤。D綜合提升練10.如圖所示為安檢門原理圖,左邊門框中有一通電線圈,右邊門框中有一接收線圈。工作過程中某段時間通電線圈中存在順時針方向(從左向右看)均勻增大的電流,則(

)A.無金屬片通過時,接收線圈中的感應電流方向為順時針B.無金屬片通過時,接收線圈中的感應電流增大C.有金屬片通過時,接收線圈中的感應電流方向為順時針D.有金屬片通過時,接收線圈中的感應電流大小發(fā)生變化解析

當左側線圈中通有均勻增大的順時針方向(從左向右看)的電流時,穿過右側線圈的磁通量向右,且增大,根據(jù)楞次定律可知,右側線圈中產(chǎn)生逆時針方向的電流,即使有金屬片通過,接收線圈中的感應電流方向仍然為逆時針,故A、C錯誤;通電線圈中存