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第2章
第1节 科学探究:感应电流的方向
学习目标 思维导图
1.通过实验,探究影响感应电流方向的因素。(科学探究) 2.理解楞次定律的内容,会用能量的观点解释楞次定律。(物理观念) 3.理解楞次定律是能量守恒定律在电磁感应现象中的体现。(科学思维) 4.理解右手定则的内容,会判断感应电流的方向。(物理观念)
基础落实·必备知识全过关
重难探究·能力素养全提升
目录索引
学以致用·随堂检测全达标
基础落实·必备知识全过关
一、探究影响感应电流方向的因素
1.实验探究
将螺线管与电流计组成 回路,分别将N极、S极插入、抽出线圈,如图所示,记录感应电流方向如下。
实验装置
闭合
2.实验分析
(1)线圈内磁通量增加时的情况:(表内选填“向上”或“向下”)
图序 磁场方向 感应电流的方向(俯视) 感应电流的磁场方向
甲 ① 逆时针 ②
乙 ③ 顺时针 ④
向下
向上
向上
向下
(2)线圈内磁通量减少时的情况:(表内选填“向上”或“向下”)
图序 磁场方向 感应电流的方向(俯视) 感应电流的磁场方向
丙 ⑤ 顺时针 ⑥
丁 ⑦ 逆时针 ⑧
向下
向下
向上
向上
3.实验结论
(1)当线圈内磁通量增加时,感应电流的磁场与原磁场方向 ,阻碍磁通量的增加。
(2)当线圈内磁通量减少时,感应电流的磁场与原磁场方向 ,阻碍磁通量的减少。
想一想感应电流的磁场一定与引起感应电流的磁场方向相反吗
相反
相同
提示 不一定
二、楞次定律
1.内容:感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的 的变化。
2.理解:当磁铁靠近导体线圈上端时,穿过线圈的磁通量增加,感应电流的磁场与原磁场的方向 ,由于同名磁极相互排斥,阻碍磁铁相对线圈向下运动;当磁铁远离线圈上端时,穿过线圈的磁通量减少,感应电流的磁场与原磁场的方向 ,由于异名磁极相互吸引,阻碍磁铁相对线圈向上运动。
3.适用范围:一切 现象。
磁通量
相反
相同
电磁感应
想一想如图所示,两轻质闭合金属圆环,穿挂在一根光滑水平绝缘直杆上,原来处于静止状态。当条形磁铁的N极自右向左插入圆环时,两环怎样运动
提示 将条形磁铁向左插入金属圆环的过程中,两个环中均产生感应电流。根据楞次定律,感应电流的效果是阻碍环与磁铁间的相对运动,所以两环均向左运动。靠近磁铁的环所受的安培力大于另一个,可知两环间距变小。
三、右手定则
1.内容:伸开右手,让拇指与其余四指垂直,且都与手掌处于同一平面内,让
垂直穿过手心,使拇指指向导体运动的方向,其余四指所指的方向就是 的方向。
2.适用范围:适用于闭合电路部分导体 产生感应电流的情况。
想一想左手定则和右手定则中“四指所指的方向”表示的物理意义一样吗
磁感线
感应电流
切割磁感线
提示 不一样。左手定则中“四指所指的方向”为已知电流的方向,右手定则中“四指所指的方向”表示感应电流的方向。
易错辨析 判一判
(1)感应电流的磁场一定阻碍引起感应电流的磁通量。( )
(2)只要闭合电路内有磁通量,闭合电路中就有感应电流产生。( )
(3)线框不闭合时,即使穿过线框的磁通量发生变化,线框中也没有感应电流产生。( )
(4)感应电流的磁场一定与引起感应电流的磁场方向相同。( )
×
提示 感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化,而不是阻碍磁通量。
×
提示 只有在闭合回路中磁通量发生变化,才能形成电流。
√
×
提示 感应电流的磁场和引起感应电流的磁场可以反向。
即学即用 练一练
1.(多选)如图所示,当磁铁运动时,流过电阻的电流是由A经R到B,则磁铁的运动可能是( )
A.向下运动
B.向上运动
C.向左运动
D.以上都不可能
BC
解析 由感应电流方向A→R→B,应用安培定则得知感应电流在螺线管内产生的磁场方向应是从上指向下;运用楞次定律判得螺线管内磁通量的变化应是向下减少或向上增大;由条形磁铁的磁感线分布知,螺线管内原磁场是向下的,故应是磁通量减少,即磁铁向上运动或向左、向右平移,所以B、C正确。
2.(多选)如图所示,光滑平行金属导轨PP'和QQ'都处于同一水平面内,P和Q之间连接一电阻R,整个装置处于竖直向下的匀强磁场中,现在垂直于导轨放置一根导体棒MN,用一水平向右的力F拉动导体棒MN,以下关于导体棒MN中感应电流方向和它所受安培力的方向的说法正确的是( )
A.感应电流方向是N→M
B.感应电流方向是M→N
C.安培力水平向左
D.安培力水平向右
AC
解析 磁场方向向下,导体棒MN的运动方向向右,由右手定则知,感应电流方向是N→M,再由左手定则可知,安培力水平向左,所以A、C正确。
重难探究·能力素养全提升
探究一 探究影响感应电流方向的因素
情境探究
如图所示是“探究影响感应电流方向的因素”的实验装置。如果在闭合开关时发现电流计的指针向右偏了一下。
(1)若闭合开关后,将线圈L1迅速插入线圈L2中,电流计的指针将怎样偏转
(2)若线圈L1插入线圈L2后,将滑动变阻器的滑片迅速向右移动时,电流计的指针将怎样偏转
要点提示 (1)已知闭合开关瞬间,线圈L2中的磁通量增加,产生的感应电流使电流计的指针向右偏转。当开关闭合后,将线圈L1迅速插入线圈L2中时,线圈L2中的磁通量增加,由已知条件可知产生的感应电流也应使电流计的指针向右偏转。(2)滑动变阻器的滑片迅速向右移动,线圈L1中的电流变小,线圈L2中的磁场方向不变,磁通量减少,则电流计的指针向左偏转。
知识归纳
在上面“探究影响感应电流方向的因素”的实验中,电源与线圈构成一回路,而另一线圈与灵敏电流计又构成一个回路。当上方线圈中的磁通量发生变化时,导致下方线圈的磁通量也跟着变化,从而出现感应电流,由灵敏电流计的指针偏转方向,可探究影响感应电流方向的因素。结论如下:
(1)当线圈内磁通量增加时,感应电流的磁场与原磁场方向相反,阻碍磁通量的增加。
(2)当线圈内磁通量减少时,感应电流的磁场与原磁场方向相同,阻碍磁通量的减少。
应用体验
典例1 某同学用如图所示装置探究感应电流的方向与引起感应电流的磁场的关系。已知电流从a接线柱流入电流表时,电流表指针右偏。实验时,磁场方向、磁铁运动情况及电流表指针偏转情况都记录在下表中。
实验序号 磁场方向 磁铁运动情况 指针偏转情况
1 向下 插入 右偏
2 向下 拔出 左偏
3 向上 插入 左偏
4 向上 拔出 右偏
(1)由实验1、3得出的结论是______________________________________ _________________________________________。
(2)由实验2、4得出的结论是______________________________________ _________________________________________ 。
(3)由实验1、2、3、4得出的结论是_______________________________ _________________________________________ 。
穿过闭合回路的磁通量增加时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相反
穿过闭合回路的磁通量减少时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相同
感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化
解析 (1)由表中信息可知,在实验1、3中,磁铁插入线圈,穿过线圈的磁通量增加,而穿过线圈的磁场方向相反,感应电流方向相反,感应电流磁场方向与原磁场方向相反,由此可知:穿过闭合回路的磁通量增加时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相反。
(2)由表中实验信息可知,在实验2、4中,穿过线圈的磁通量减少,磁场方向相反,感应电流方向相反,感应电流磁场方向与原磁场方向相同,由此可知:穿过闭合回路的磁通量减少时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相同。
(3)综合分析4次实验可知:感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化。
针对训练1
(2023辽宁大连期末)利用如图所示装置可探究感应电流产生的条件。线圈A通过滑动变阻器和开关S连接到电源上,线圈B的两端连接到电流计G上,把线圈A装在线圈B的里面。某同学发现闭合开关S时,电流表指针向右偏转,由此可以判断( )
A.断开开关S时,电流计指针向右偏转
B.线圈A向上移动时,电流计指针向右偏转
C.线圈A中铁芯向上拔出时,电流计指针向右偏转
D.滑动变阻器的滑片向右滑动时,电流计指针向右偏转
D
解析 闭合开关S时,通过线圈B的磁通量增大,可知当穿过线圈B的磁通量增大时,电流计指针向右偏转。线圈A向上移动时、线圈A中铁芯向上拔出时、断开开关S时,穿过线圈B的磁通量均减小,电流计指针均应向左偏转,A、B、C错误。滑动变阻器的滑片向右滑动时,通过A的电流增大,则穿过线圈B的磁通量增大,电流计指针向右偏转,D正确。
探究二 楞次定律
情境探究
将螺线管与电流表组成闭合回路,分别将条形磁铁插入、抽出螺线管。
(1)如图甲磁铁插入线圈时,线圈中磁通量怎样变化 有感应电流吗
(2)如图乙磁铁拔出线圈时,线圈中磁通量怎样变化 两次感应电流方向相同还是相反
要点提示 (1)磁通量增加,有。(2)磁通量减少,相反。
知识归纳
1.楞次定律中“阻碍”的含义
阻碍不是阻止
2.应用楞次定律的四个步骤
(1)确定原磁场的方向;
(2)判定产生感应电流的磁通量如何变化(增加还是减少);
(3)根据楞次定律确定感应电流的磁场方向(增反减同);
(4)判定感应电流的方向。
闪光语录 楞次定律应用步骤也可以简单地描述为“一原二变三感四螺旋”,一原——确定原磁场的方向;二变——确定磁通量是增加还是减少;三感——判断感应电流的磁场方向;四螺旋——用右手螺旋定则判断感应电流的方向。
应用体验
典例2 把两个线圈绕在一个铁环上,A线圈与电源、滑动变阻器R组成一个回路,B线圈与开关S、电流表G组成另一个回路,如图所示。关于该实验,下列说法正确的是( )
A.闭合开关S的瞬间,电流表G中有a→b的感应电流
B.闭合开关S的瞬间,电流表G中有b→a的感应电流
C.闭合开关S后,在增大电阻R的过程中,电流表G中
有a→b的感应电流
D.闭合开关S后,在增大电阻R的过程中,电流表G中有b→a的感应电流
D
解析 在滑片不动的情况下,A线圈中通过的是恒定电流,产生的磁场是恒定的,所以B线圈中不产生感应电流,选项A、B错误;在滑片移动增大电阻R的过程中,A线圈中通过的是逐渐减弱的电流,即线圈B处于逐渐减弱的磁场中,由安培定则和楞次定律判断得知,电流表中的电流从b→a,故选项C错误,D正确。
针对训练2
(2023浙江金华期末)如图所示,圆环形导体线圈a平放在水平桌面上,在a的正上方固定一竖直螺线管b,二者直径相同、轴线重合,螺线
管与电源、滑动变阻器连接成如图所示的电路。若将滑动变阻器的滑片P向下滑动,下列说法正确的是( )
A.线圈a中将产生俯视顺时针方向的感应电流
B.穿过线圈a的磁通量变小
C.线圈a有扩张的趋势
D.线圈a对水平桌面的压力大于自身重力
D
解析 当滑片P向下滑动时,接入电路的电阻减小,由闭合电路欧姆定律可知,通过线圈b的电流增大,从而判断出穿过线圈a的磁通量增大,且方向向下;根据楞次定律可知线圈a的感应电流方向俯视应为逆时针,故A、B错误。根据楞次定律可知,由于通过线圈a的磁通量增大,则线圈只有面积减小才能阻碍磁通量的增大,即线圈a有收缩的趋势,故C错误。开始时,线圈a对桌面的压力等于自身重力,当滑片P向下滑动时,可以将两个线圈看成两个条形磁铁,根据楞次定律可知两线圈互相排斥,故线圈a对水平桌面的压力增大,大于自身重力,故D正确。
探究三 右手定则
情境探究
如图所示,导体棒ab向右做切割磁感线运动。
(1)请用楞次定律判断感应电流的方向。
(2)感应电流I的方向、原磁场B的方向、导体棒运动的速度v的方向三者之间什么关系 根据右手定则,自己试着做一做。
要点提示 (1)感应电流的方向为a→d→c→b→a。
(2)满足右手定则。
知识归纳
1.右手定则主要用于闭合电路的部分导体做切割磁感线运动时,产生的感应电动势与感应电流的方向判定。
2.右手定则仅在导体切割磁感线时使用,应用时要注意磁场方向、导体运动的方向、感应电流的方向三者互相垂直。
3.当导体的运动方向与磁场方向不垂直时,拇指应指向切割磁感线的分速度方向。
4.若形成闭合电路,四指指向感应电流方向;若未形成闭合电路,四指指向高电势点。
5.应用时要特别注意:四指指向是电源内部电流的方向,也是电势升高的方向,即四指指向正极。
由负极到正极
闪光语录 左、右手定则的区分方法
(1)区分左手定则和右手定则的根本是抓住“因果关系”:“因电而动”——用左手,“因动生电”——用右手。
(2)使用中左手定则和右手定则很容易混淆,为了便于记忆,可把两个定则简单地总结为通电受力,“力”的最后一笔“丿”向左,用左手;运动生电,“电”的最后一笔“乚”向右,用右手。
应用体验
典例3 如图所示表示闭合电路中的一部分导体ab在磁场中做切割磁感线运动的情境,导体ab上的感应电流方向为a→b的是( )
A
解析 题中四图都属于闭合电路的一部分导体切割磁感线,应用右手定则判断可得:A中电流方向为a→b,B中电流方向为b→a,C中电流方向为a→d→c→b→a,D中电流方向为b→a,故选A。
规律方法 对右手定则的理解
1.右手定则适用范围:闭合电路的部分导体切割磁感线产生感应电流方向的判断。
2.右手定则反映了磁场方向、导体运动方向和电流方向三者之间的相互垂直关系。
(1)大拇指的方向是导体相对磁场切割磁感线的运动方向,既可以是导体运动而磁场未动,也可以是导体未动而磁场运动,还可以是两者以不同速度同时运动。
(2)四指指向电流方向,切割磁感线的导体相当于电源。
闭合导体回路的一部分导体做切割磁感线运动时,可用右手定则判断感应电流的方向。
针对训练3
(多选)如图所示,金属导轨上的导体棒ab在匀强磁场中沿导轨做下列哪种运动时,铜制线圈c中将有感应电流产生且被螺线管吸引( )
A.向右做匀速运动
B.向左做减速运动
C.向右做减速运动
D.向右做加速运动
BC
解析 当导体棒向右匀速运动时产生恒定的电流,线圈中的磁通量恒定不变,无感应电流出现,A错误;当导体棒向左减速运动时,由右手定则可判定回路中出现从b→a的感应电流且减小,由安培定则知,螺线管中感应电流的磁场向左在减弱,由楞次定律知c中出现顺时针感应电流(从右向左看)且被螺线管吸引,B正确;同理C正确,D错误。
学以致用·随堂检测全达标
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1.(多选)如图所示,竖直向下的匀强磁场中,有一个带铜轴的铜盘,用铜刷把盘缘和轴连接,外接一电流计,当铜盘按图示方向匀速转动,则( )
A.电流计中有a→b的电流
B.电流计中有b→a的电流
C.盘面磁通量不变,不产生感应电流
D.有从盘缘向盘中心的电流
BD
解析 沿铜盘半径方向的“铜棒”切割磁感线,由右手定则可判定选项B、D正确。
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2.(多选)某同学用如图所示的实验装置探究电磁感应现象,该同学第一步探究出,当有电流从电流计的正极流入时,指针向右偏转。接下来该同学进行了一系列的操作,则下列关于操作中电流计指针偏转的描述正确的有
( )
A.当把磁铁N极向下插入线圈时,电流计指针向左偏转
B.当把磁铁S极向下插入线圈时,电流计指针向左偏转
C.保持磁铁在线圈中静止,电流计指针不发生偏转
D.将磁铁和线圈一起以同一速度向上运动,电流计向左偏转
AC
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解析 当把磁铁N极向下插入线圈时,穿过线圈的磁场方向向下,磁通量增加,由楞次定律可知,感应电流从电流计的负极流入,电流计指针向左偏转,故A正确;当把磁铁S极向下插入线圈时,穿过线圈的磁场方向向上,磁通量增加,由楞次定律可知,感应电流从电流计的正极流入,电流计指针向右偏转,故B错误;保持磁铁在线圈中静止,穿过线圈的磁通量不变,不产生感应电流,电流计指针不发生偏转,故C正确;将磁铁和线圈一起以同一速度向上运动,穿过线圈的磁通量不变,不产生感应电流,电流计指针不偏转,故D错误。
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3.如图所示,在载流直导线旁固定有两平行光滑导轨A、B,导轨与直导线平行且在同一水平面内,在导轨上有两条可自由滑动的导体棒ab和cd。载流直导线中的电流逐渐增强时,导体棒ab和cd的运动情况是( )
A.一起向左运动
B.一起向右运动
C.ab和cd相向运动,相互靠近
D.ab和cd相背运动,相互远离
C
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解析 方法一:电流增强时,电流在abdc回路中产生的垂直向里的磁场增强,回路磁通量增大,根据楞次定律可知,回路产生逆时针方向电流;ab边电流方向向下,所受安培力向右,cd边电流方向向上,所受安培力向左,故ab和cd相向运动,C项正确。方法二:电流增强时,电流在abdc回路中产生的垂直向里的磁场增强,回路磁通量增大,根据楞次定律可知,回路要减小面积以阻碍磁通量的增加,因此,两导体棒要相向运动,相互靠近,C项正确。
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4.(1)图甲为某实验小组探究感应电流方向的规律的实验装置,关于实验过程中应该注意的事项和实验现象,以下说法正确的是 。
A.实验前应该先仔细观察,清楚线圈的绕向
B.开关闭合后,将滑动变阻器的滑片匀速滑动使接入电路的阻值逐渐减小,会观察到电流计指针不发生偏转
C.开关闭合后,线圈A从线圈B中拔出和插入过程中会观察到电流计指针偏转方向相反
D.开关闭合与断开瞬间,电流计指针都会偏转,但偏转方向相同
AC
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(2)当电流从电流计正接线柱流入时,指针向正接线柱一侧偏转。现将其与线圈相连之后,将上端为S极的磁铁插入线圈中,如图乙所示,电流计指针应偏向 (选填“正”或“负”)接线柱。根据图丙中电流计指针的偏转方向可以判断出插入线圈的磁铁下端的磁极为 (选填“N”或“S”)极。
正
S
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解析 (1)实验是探究感应电流方向规律的,因此实验前要仔细观察,弄清楚线圈绕向,搞清线圈电流方向与电流计指针偏转方向的关系,故A正确;开关闭合后,将滑动变阻器的滑片匀速滑动使接入电路的阻值逐渐减小,导致穿过线圈B的磁通量变化,从而产生感应电流,会观察到电流计指针发生偏转,故B错误;开关闭合后,线圈A从线圈B中拔出和插入过程中,穿过线圈B的磁通量变化不同,前者减少,后者增加,会观察到电流计指针偏转方向相反,故C正确;开关闭合与断开瞬间,穿过线圈B的磁通量都会变化且变化不同,开关闭合瞬间磁通量增加,断开瞬间磁通量减少,会观察到电流计指针偏转,而且偏转方向不同,故D错误。
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(2)当电流从电流计正接线柱流入时,指针向正接线柱一侧偏转,若将上端为S极的磁铁插入线圈中,原磁场方向向下且磁通量增加,感应电流的磁场方向向上,根据安培定则可知感应电流从电流计正接线柱流入,故指针偏向正接线柱一侧;根据图丙中电流计指针偏向负接线柱一侧,可知感应电流是从负接线柱流入电流计的,根据安培定则,可知感应电流的磁场方向向下,因条形磁铁向下运动,磁通量增加,可知原磁场方向向上,则插入线圈的磁铁下端的磁极为S极。(共24张PPT)
第2章
第1节 科学探究:感应电流的方向
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A 级 必备知识基础练
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1.如图所示,通电导线MN与单匝矩形线圈abcd共面,位置靠近ab且相互绝缘。当MN中电流突然减小时,线圈所受安培力的合力方向( )
A.向左
B.向右
C.垂直纸面向外
D.垂直纸面向里
B
解析 当MN中电流突然减小时,单匝矩形线圈abcd垂直纸面向里的磁通量减小,根据楞次定律,单匝矩形线圈abcd中产生的感应电流方向为顺时针方向,由左手定则可知,线圈所受安培力的合力方向向右,选项B正确。
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2.如图所示,通电螺线管两侧各悬挂一个小铜环,铜环平面与螺线管截面平行。当开关S接通瞬间,两铜环的运动情况是( )
A.同时向两侧分开
B.同时向螺线管靠拢
C.一个被推开,一个被吸引,但因电源正负极未知,无法具体判断
D.同时向两侧分开或同时向螺线管靠拢,因电源正负极未知,无法具体判断
A
解析 当电路接通瞬间,通电螺线管产生磁场,穿过两侧铜环的磁通量都增加,由楞次定律可知,两环中感应电流的磁场与螺线管中磁场方向相反,即受到螺线管磁场的排斥作用,使两铜环分别向两侧分开,选项A正确。
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3.(2023湖北武汉期末)如图所示,两个线圈A、B套在一起,线圈A中通有图示方向的电流。当线圈A中的电流突然减弱时,线圈B中的感应电流方向为
( )
A.顺时针方向
B.逆时针方向
C.无感应电流
D.先顺时针方向,再逆时针方向
B
解析 当线圈A中通有减小的逆时针方向的电流时,穿过线圈B的磁通量垂直向外,且减小,根据楞次定律,线圈B中产生与线圈A的电流方向相同的电流,即逆时针方向的电流。故选B。
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4.(多选)(2023福建福州平潭岚华中学期末)金属棒ab、cd放在水平光滑导轨上,条形磁铁由如图所示位置向下加速运动,在接近导轨时,下列说法正确的是( )
A.ab、cd相互靠近
B.ab、cd相互远离
C.磁铁加速度大于g
D.磁铁加速度小于g
AD
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解析 当条形磁铁从上向下接近闭合回路时,穿过回路的磁场方向向下,且磁通量在不断增加,根据楞次定律可知,感应电流所产生的效果总是阻碍产生感应电流的磁通量的变化,所以会阻碍条形磁铁的下落,则感应电流的磁场给条形磁铁一个向上阻碍其下落的阻力,即磁铁下落的加速度小于g,为了阻碍回路中磁通量增加,ab、cd两金属棒将互相靠拢,使回路的面积减小,从而阻碍磁通量的增加,故A、D正确。
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5.某磁场磁感线如图所示,有一铜线圈自图示A点落至B点,在下落过程中,自上向下看,线圈中的感应电流方向是( )
A.始终顺时针
B.始终逆时针
C.先顺时针再逆时针
D.先逆时针再顺时针
C
解析 自A点落至图示位置时,穿过线圈的磁通量增加,由楞次定律判断知,线圈中感应电流方向为顺时针;自图示位置落至B点时,穿过线圈的磁通量减少,由楞次定律判断知,线圈中感应电流方向为逆时针,C项正确。
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6.(多选)如图所示,一闭合铝环套在一根光滑水平杆上,当条形磁铁靠近它时,下列结论正确的是( )
A.N极靠近铝环时,铝环将向左运动
B.S极靠近铝环时,铝环将向左运动
C.N极靠近铝环时,铝环将向右运动
D.S极靠近铝环时,铝环将向右运动
AB
解析 N极靠近铝环时,向左通过线圈的磁通量会增加,由楞次定律可知,感应电流的磁场要阻碍原磁通量的增加,所以铝环将向左运动,A正确,C错误;S极靠近铝环时,向右通过线圈的磁通量会增加,由楞次定律可知,感应电流的磁场要阻碍原磁通量的增加,所以铝环将向左运动,B正确,D错误。
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7.如图所示,通电螺线管置于水平放置的光滑平行金属导轨MN和PQ之间,ab和cd是放在导轨上的两根金属棒,它们分别静止在螺线管的左右两侧,现使滑动变阻器的滑动触头向左滑动,则ab和cd棒的运动情况是( )
A.ab向左运动,cd向右运动
B.ab向右运动,cd向左运动
C.ab、cd都向右运动
D.ab、cd保持静止
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解析 由安培定则可知,螺线管中磁感线方向向上,金属棒ab、cd处的磁感线方向均向下,当滑动触头向左滑动时,螺线管中电流增大,因此磁场变强,即磁感应强度变大,回路中的磁通量增大,由楞次定律可知,感应电流方向为a→c→d→b→a,由左手定则可知ab受安培力方向向左,cd受安培力方向向右,故ab向左运动,cd向右运动。只有A正确。
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8.(2023重庆第二十九中学高二月考)如图所示,ab是一个可以绕垂直于纸面的轴O转动的闭合矩形导体线圈,在滑动变阻器R的滑片P自左向右滑动的过程中,线圈ab将( )
A.静止不动
B.逆时针转动
C.顺时针转动
D.发生转动,但因电源的极性不明,无法确定转动的方向
C
解析 滑片P向右滑动的过程中,滑动变阻器接入电路的电阻减小,线路中的电流增大,线圈所处位置的磁场变强,穿过线圈的磁通量增大,根据楞次定律可知,线圈将通过顺时针转动而阻碍磁通量的增大,C正确。
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B 级 关键能力提升练
9.(多选)现将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、电流计及开关按如图所示连接,下列说法正确的是( )
A.开关闭合后,线圈A插入或拔出时电流计
指针偏转方向不同
B.开关闭合后,将灵敏电流计与线圈B连接
和断开瞬间,电流计指针均不会偏转
C.开关闭合后,滑动变阻器的滑片P匀速滑动,电流计指针不偏转
D.开关闭合后,只有滑动变阻器的滑片P加速滑动,电流计指针才偏转
AB
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解析 开关闭合后,线圈A插入或拔出时线圈B内磁通量变化情况不同,所以电流计指针偏转方向不同,A正确;开关闭合后,线圈B的磁通量不发生变化则没有电流产生,将电流计与线圈B连接和断开瞬间,线圈B的磁通量均没有变化,电流计指针均不会偏转,B正确;开关闭合后,只要滑动变阻器的滑片P滑动,线圈A的电流就变化,导致线圈B的磁通量发生变化,电流计指针就会偏转,C、D错误。
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10.如图所示,一个闭合导体圆环固定在水平桌面上,一根条形磁铁沿圆环的轴线运动,使圆环内产生了感应电流。下列四幅图中,产生的感应电流方向与条形磁铁的运动情况相吻合的是( )
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解析 A项中S极上升,穿过圆环的原磁场方向向上,在磁铁远离圆环时,穿过圆环的磁通量减少,感应电流的磁场与原磁场方向相同,阻碍磁通量的减少,从上向下看,圆环中的感应电流沿逆时针方向,A项错误;B项中S极下降,穿过圆环的原磁场方向向上,在磁铁靠近圆环时,穿过圆环的磁通量增加,感应电流的磁场与原磁场方向相反,阻碍磁通量的增加,从上向下看,圆环中的感应电流沿顺时针方向,B项错误;C项中N极上升,穿过圆环的原磁场方向向下,在磁铁远离圆环时,穿过圆环的磁通量减少,从上向下看,圆环中的感应电流沿顺时针方向,C项错误;D项中N极下降,穿过圆环的原磁场方向向下,在磁铁靠近圆环时,穿过圆环的磁通量增大,从上向下看,圆环中的感应电流沿逆时针方向,D项正确。
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11.如图所示,AOC是光滑的金属导轨,AO沿竖直方向,OC沿水平方向,ab是一根金属棒,与导轨接触良好,它从图示位置由静止开始在重力作用下运动,运动过程中b端始终在OC上,a端始终在OA上,直到完全落在OC上。空间存在着匀强磁场,磁场方向垂直于纸面向里,则ab棒在上述过程中( )
A.感应电流方向是b→a
B.感应电流方向是a→b
C.感应电流方向先是b→a,后是a→b
D.感应电流方向先是a→b,后是b→a
C
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解析 在金属棒向下滑动的过程中,金属棒与导轨所围成的三角形面积先增大后减小,三角形aOb内的磁通量先增大后减小,由楞次定律可判断C选项正确。
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12.物理课上,老师做了一个奇妙的“跳环实验”。如图所示,她把一个带铁芯的线圈L、开关S和电源用导线连接起来后,将一金属套环置于线圈L上,且使铁芯穿过套环。闭合开关S的瞬间,套环立刻跳起。某同学另找来器材再探究此实验。他连接好电路,经重复试验,线圈上的套环均未动。对比老师演示的实验,下列四个选项中,导致套环未动的原因可能是( )
A.线圈接在了直流电源上
B.电源电压过高
C.所选线圈的匝数过多
D.所用套环的材料与老师的不同
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解析 金属套环跳起是开关S闭合时,套环上产生的感应电流与通电线圈上的电流相互作用而引起的。无论实验用交流电源还是直流电源,闭合开关S瞬间,都可以达到实验目的。如果套环是塑料材料做的,则不能产生感应电流,也就不会受安培力作用而跳起,D正确。
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13.某同学在“探究感应电流的方向”的实验中,设计了如图所示的装置。线圈A通过电流表甲、高阻值的电阻R'、滑动变阻器R和开关S连接到电源上,线圈B的两端接到另一个电流表乙上,两个电流表完全相同,零刻度线在表盘中央。闭合开关后,当滑动变阻器R的滑片P不动时,甲、乙两个电流表指针的位置如图所示。
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(1)当滑片P较快地向左滑动时,电流表甲的指针的偏转情况是 ,电流表乙的指针的偏转情况是 (选填“向左偏”“向右偏”或“不偏转”)。
(2)断开开关,待电路稳定后再迅速闭合开关,电流表乙的指针的偏转情况是 (选填“向左偏”“向右偏”或“不偏转”)。
(3)从上述实验可以得出结论:_____________________________________ ___________________________________________________________。
向左偏
向右偏
向右偏
穿过闭合回路的磁通量发生变化产生感应电流时,感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化
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解析 由题图可知,电流由哪一侧接线柱流入电流表,电流表的指针就向哪一侧偏转。
(1)当滑片P较快地向左滑动时,通电回路中的电流增大,电流表甲的指针向左偏,穿过线圈B的磁通量增大且原磁场方向向下,由楞次定律可知,感应电流的磁场方向向上,由安培定则得,电流表乙的指针向右偏。
(2)断开开关,待电路稳定后再迅速闭合开关,左侧(通电)回路中的电流增大,穿过线圈B向下的磁通量增大,由楞次定律可知,感应电流的磁场方向向上,由安培定则得,电流表乙的指针向右偏。
(3)通过实验可以初步得出结论:穿过闭合回路的磁通量发生变化产生感应电流时,感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。
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14.如图甲所示,长直导线与闭合金属线框位于同一平面内,长直导线中的电流i随时间t的变化关系如图乙所示。在0~ 时间内,直导线中电流向上,则在 ~T时间内,请判断线框中感应电流的方向与所受安培力的合力方向。
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电流方向也向上,根据安培定则知,导线右侧磁场的方向垂直纸面向里,电流逐渐增大,则磁场逐渐增强,根据楞次定律,金属线框中产生逆时针方向的感应电流。根据左手定则,金属线框左边受到的安培力方向向右,右边受到的安培力方向向左,离导线越近,磁场越强,则左边受到的安培力大于右边受到的安培力,所以金属线框所受安培力的合力方向向右。
答案 感应电流沿逆时针方向,安培力的合力方向向右第1节 科学探究:感应电流的方向
A级 必备知识基础练
1.如图所示,通电导线MN与单匝矩形线圈abcd共面,位置靠近ab且相互绝缘。当MN中电流突然减小时,线圈所受安培力的合力方向( )
A.向左
B.向右
C.垂直纸面向外
D.垂直纸面向里
2.如图所示,通电螺线管两侧各悬挂一个小铜环,铜环平面与螺线管截面平行。当开关S接通瞬间,两铜环的运动情况是( )
A.同时向两侧分开
B.同时向螺线管靠拢
C.一个被推开,一个被吸引,但因电源正负极未知,无法具体判断
D.同时向两侧分开或同时向螺线管靠拢,因电源正负极未知,无法具体判断
3.(2023湖北武汉期末)如图所示,两个线圈A、B套在一起,线圈A中通有图示方向的电流。当线圈A中的电流突然减弱时,线圈B中的感应电流方向为( )
A.顺时针方向
B.逆时针方向
C.无感应电流
D.先顺时针方向,再逆时针方向
4.(多选)(2023福建福州平潭岚华中学期末)金属棒ab、cd放在水平光滑导轨上,条形磁铁由如图所示位置向下加速运动,在接近导轨时,下列说法正确的是( )
A.ab、cd相互靠近
B.ab、cd相互远离
C.磁铁加速度大于g
D.磁铁加速度小于g
5.某磁场磁感线如图所示,有一铜线圈自图示A点落至B点,在下落过程中,自上向下看,线圈中的感应电流方向是( )
A.始终顺时针
B.始终逆时针
C.先顺时针再逆时针
D.先逆时针再顺时针
6.(多选)如图所示,一闭合铝环套在一根光滑水平杆上,当条形磁铁靠近它时,下列结论正确的是( )
A.N极靠近铝环时,铝环将向左运动
B.S极靠近铝环时,铝环将向左运动
C.N极靠近铝环时,铝环将向右运动
D.S极靠近铝环时,铝环将向右运动
7.如图所示,通电螺线管置于水平放置的光滑平行金属导轨MN和PQ之间,ab和cd是放在导轨上的两根金属棒,它们分别静止在螺线管的左右两侧,现使滑动变阻器的滑动触头向左滑动,则ab和cd棒的运动情况是( )
A.ab向左运动,cd向右运动
B.ab向右运动,cd向左运动
C.ab、cd都向右运动
D.ab、cd保持静止
8.(2023重庆第二十九中学高二月考)如图所示,ab是一个可以绕垂直于纸面的轴O转动的闭合矩形导体线圈,在滑动变阻器R的滑片P自左向右滑动的过程中,线圈ab将( )
A.静止不动
B.逆时针转动
C.顺时针转动
D.发生转动,但因电源的极性不明,无法确定转动的方向
B级 关键能力提升练
9.(多选)现将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、电流计及开关按如图所示连接,下列说法正确的是( )
A.开关闭合后,线圈A插入或拔出时电流计指针偏转方向不同
B.开关闭合后,将灵敏电流计与线圈B连接和断开瞬间,电流计指针均不会偏转
C.开关闭合后,滑动变阻器的滑片P匀速滑动,电流计指针不偏转
D.开关闭合后,只有滑动变阻器的滑片P加速滑动,电流计指针才偏转
10.如图所示,一个闭合导体圆环固定在水平桌面上,一根条形磁铁沿圆环的轴线运动,使圆环内产生了感应电流。下列四幅图中,产生的感应电流方向与条形磁铁的运动情况相吻合的是( )
11.如图所示,AOC是光滑的金属导轨,AO沿竖直方向,OC沿水平方向,ab是一根金属棒,与导轨接触良好,它从图示位置由静止开始在重力作用下运动,运动过程中b端始终在OC上,a端始终在OA上,直到完全落在OC上。空间存在着匀强磁场,磁场方向垂直于纸面向里,则ab棒在上述过程中( )
A.感应电流方向是b→a
B.感应电流方向是a→b
C.感应电流方向先是b→a,后是a→b
D.感应电流方向先是a→b,后是b→a
12.物理课上,老师做了一个奇妙的“跳环实验”。如图所示,她把一个带铁芯的线圈L、开关S和电源用导线连接起来后,将一金属套环置于线圈L上,且使铁芯穿过套环。闭合开关S的瞬间,套环立刻跳起。某同学另找来器材再探究此实验。他连接好电路,经重复试验,线圈上的套环均未动。对比老师演示的实验,下列四个选项中,导致套环未动的原因可能是( )
A.线圈接在了直流电源上
B.电源电压过高
C.所选线圈的匝数过多
D.所用套环的材料与老师的不同
13.某同学在“探究感应电流的方向”的实验中,设计了如图所示的装置。线圈A通过电流表甲、高阻值的电阻R'、滑动变阻器R和开关S连接到电源上,线圈B的两端接到另一个电流表乙上,两个电流表完全相同,零刻度线在表盘中央。闭合开关后,当滑动变阻器R的滑片P不动时,甲、乙两个电流表指针的位置如图所示。
(1)当滑片P较快地向左滑动时,电流表甲的指针的偏转情况是 ,电流表乙的指针的偏转情况是 (选填“向左偏”“向右偏”或“不偏转”)。
(2)断开开关,待电路稳定后再迅速闭合开关,电流表乙的指针的偏转情况是 (选填“向左偏”“向右偏”或“不偏转”)。
(3)从上述实验可以得出结论: 。
14.如图甲所示,长直导线与闭合金属线框位于同一平面内,长直导线中的电流i随时间t的变化关系如图乙所示。在0~时间内,直导线中电流向上,则在~T时间内,请判断线框中感应电流的方向与所受安培力的合力方向。
第1节 科学探究:感应电流的方向
1.B 当MN中电流突然减小时,单匝矩形线圈abcd垂直纸面向里的磁通量减小,根据楞次定律,单匝矩形线圈abcd中产生的感应电流方向为顺时针方向,由左手定则可知,线圈所受安培力的合力方向向右,选项B正确。
2.A 当电路接通瞬间,通电螺线管产生磁场,穿过两侧铜环的磁通量都增加,由楞次定律可知,两环中感应电流的磁场与螺线管中磁场方向相反,即受到螺线管磁场的排斥作用,使两铜环分别向两侧分开,选项A正确。
3.B 当线圈A中通有减小的逆时针方向的电流时,穿过线圈B的磁通量垂直向外,且减小,根据楞次定律,线圈B中产生与线圈A的电流方向相同的电流,即逆时针方向的电流。故选B。
4.AD 当条形磁铁从上向下接近闭合回路时,穿过回路的磁场方向向下,且磁通量在不断增加,根据楞次定律可知,感应电流所产生的效果总是阻碍产生感应电流的磁通量的变化,所以会阻碍条形磁铁的下落,则感应电流的磁场给条形磁铁一个向上阻碍其下落的阻力,即磁铁下落的加速度小于g,为了阻碍回路中磁通量增加,ab、cd两金属棒将互相靠拢,使回路的面积减小,从而阻碍磁通量的增加,故A、D正确。
5.C 自A点落至图示位置时,穿过线圈的磁通量增加,由楞次定律判断知,线圈中感应电流方向为顺时针;自图示位置落至B点时,穿过线圈的磁通量减少,由楞次定律判断知,线圈中感应电流方向为逆时针,C项正确。
6.AB N极靠近铝环时,向左通过线圈的磁通量会增加,由楞次定律可知,感应电流的磁场要阻碍原磁通量的增加,所以铝环将向左运动,A正确,C错误;S极靠近铝环时,向右通过线圈的磁通量会增加,由楞次定律可知,感应电流的磁场要阻碍原磁通量的增加,所以铝环将向左运动,B正确,D错误。
7.A 由安培定则可知,螺线管中磁感线方向向上,金属棒ab、cd处的磁感线方向均向下,当滑动触头向左滑动时,螺线管中电流增大,因此磁场变强,即磁感应强度变大,回路中的磁通量增大,由楞次定律可知,感应电流方向为a→c→d→b→a,由左手定则可知ab受安培力方向向左,cd受安培力方向向右,故ab向左运动,cd向右运动。只有A正确。
8.C 滑片P向右滑动的过程中,滑动变阻器接入电路的电阻减小,线路中的电流增大,线圈所处位置的磁场变强,穿过线圈的磁通量增大,根据楞次定律可知,线圈将通过顺时针转动而阻碍磁通量的增大,C正确。
9.AB 开关闭合后,线圈A插入或拔出时线圈B内磁通量变化情况不同,所以电流计指针偏转方向不同,A正确;开关闭合后,线圈B的磁通量不发生变化则没有电流产生,将电流计与线圈B连接和断开瞬间,线圈B的磁通量均没有变化,电流计指针均不会偏转,B正确;开关闭合后,只要滑动变阻器的滑片P滑动,线圈A的电流就变化,导致线圈B的磁通量发生变化,电流计指针就会偏转,C、D错误。
10.D A项中S极上升,穿过圆环的原磁场方向向上,在磁铁远离圆环时,穿过圆环的磁通量减少,感应电流的磁场与原磁场方向相同,阻碍磁通量的减少,从上向下看,圆环中的感应电流沿逆时针方向,A项错误;B项中S极下降,穿过圆环的原磁场方向向上,在磁铁靠近圆环时,穿过圆环的磁通量增加,感应电流的磁场与原磁场方向相反,阻碍磁通量的增加,从上向下看,圆环中的感应电流沿顺时针方向,B项错误;C项中N极上升,穿过圆环的原磁场方向向下,在磁铁远离圆环时,穿过圆环的磁通量减少,从上向下看,圆环中的感应电流沿顺时针方向,C项错误;D项中N极下降,穿过圆环的原磁场方向向下,在磁铁靠近圆环时,穿过圆环的磁通量增大,从上向下看,圆环中的感应电流沿逆时针方向,D项正确。
11.C 在金属棒向下滑动的过程中,金属棒与导轨所围成的三角形面积先增大后减小,三角形aOb内的磁通量先增大后减小,由楞次定律可判断C选项正确。
12.D 金属套环跳起是开关S闭合时,套环上产生的感应电流与通电线圈上的电流相互作用而引起的。无论实验用交流电源还是直流电源,闭合开关S瞬间,都可以达到实验目的。如果套环是塑料材料做的,则不能产生感应电流,也就不会受安培力作用而跳起,D正确。
13.解析 由题图可知,电流由哪一侧接线柱流入电流表,电流表的指针就向哪一侧偏转。
(1)当滑片P较快地向左滑动时,通电回路中的电流增大,电流表甲的指针向左偏,穿过线圈B的磁通量增大且原磁场方向向下,由楞次定律可知,感应电流的磁场方向向上,由安培定则得,电流表乙的指针向右偏。
(2)断开开关,待电路稳定后再迅速闭合开关,左侧(通电)回路中的电流增大,穿过线圈B向下的磁通量增大,由楞次定律可知,感应电流的磁场方向向上,由安培定则得,电流表乙的指针向右偏。
(3)通过实验可以初步得出结论:穿过闭合回路的磁通量发生变化产生感应电流时,感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。
答案 (1)向左偏 向右偏 (2)向右偏 (3)穿过闭合回路的磁通量发生变化产生感应电流时,感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化
14.解析 在0~时间内,直导线中电流向上,由题图乙知,在~T时间内,直导线电流方向也向上,根据安培定则知,导线右侧磁场的方向垂直纸面向里,电流逐渐增大,则磁场逐渐增强,根据楞次定律,金属线框中产生逆时针方向的感应电流。根据左手定则,金属线框左边受到的安培力方向向右,右边受到的安培力方向向左,离导线越近,磁场越强,则左边受到的安培力大于右边受到的安培力,所以金属线框所受安培力的合力方向向右。
答案 感应电流沿逆时针方向,安培力的合力方向向右
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