第1节 科学探究：感应电流的方向

第2章

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电磁感应及其应用第1节科学探究：感应电流的方向核心素养点击

物理观念(1)理解楞次定律，知道楞次定律是能量守恒的反映。(2)理解右手定则，知道右手定则是楞次定律的一种具体形式。科学思维(1)会用楞次定律判断感应电流的方向。(2)会用右手定则判断感应电流的方向。(3)经历推理分析得出楞次定律的过程。科学探究能撰写规范的实验报告，能根据实验中的问题提出改进措施。科学态度与责任体会楞次定律探究过程中归纳推理的方法。一、探究影响感应电流方向的因素1．填一填(1)探究过程将螺线管与电流计组成闭合导体回路，分别将条形磁铁的N极或S极插入、抽出线圈，如图1所示，记录感应电流方向如图2所示。(2)现象分析①线圈内磁通量增加时的情况图号磁场方向感应电流的方向感应电流的磁场方向a向下逆时针(俯视)_______b向上顺时针(俯视)_______

向上向下②线圈内磁通量减少时的情况图号磁场方向感应电流的方向感应电流的磁场方向c向下顺时针(俯视)______d向上逆时针(俯视)

__向下向上(3)实验结论表述一：当穿过线圈的磁通量增加时，感应电流的磁场与原磁场的方向

；当穿过线圈的磁通量减少时，感应电流的磁场与原磁场的方向

。表述二：当磁铁靠近线圈时，两者

；当磁铁远离线圈时，两者

。2．判一判(1)当穿过线圈的磁通量减少时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同。

()(2)感应电流的磁场总与原磁场方向相反。

()(3)当穿过线圈的磁通量增多时，线圈中产生的电流方向一定相同。

()相反相同相斥相吸√××3．想一想既然当磁铁靠近线圈时，两者相斥；当磁铁远离线圈时，两者相吸，那么线圈中产生磁场的电流方向如何判断呢？提示：安培定则是解决这个疑问的纽带。我们知道通过安培定则可判定通电线圈磁场的方向，那么反过来，知道线圈磁场方向，运用安培定则，也可推出线圈中电流方向。二、楞次定律1．填一填(1)内容

感应电流的磁场总要

引起感应电流的

的变化。(2)理解

①当磁铁向下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方向

，由于同名磁极相互排斥，阻碍磁铁相对线圈向下运动。

②当磁铁向上远离线圈上端时，穿过线圈的磁通量减少，感应电流的磁场与原磁场方向

，由于异名磁极相互吸引，阻碍磁铁相对线圈向上运动。阻碍磁通量相反相同(3)能量观点①磁体移近线圈时，外力要克服磁体和线圈之间的

做功，使外界其他形式的能量转化为电能。②磁体离开线圈时，外力要克服磁体和线圈之间的

做功，也使外界其他形式的能量转化为电能。③两种情况下，总能量都是

。排斥力吸引力守恒的2．判一判(1)感应电流的磁场方向可能与原磁场方向相同，也可能相反。

()(2)感应电流的磁场总是阻碍原磁场的磁通量的变化。

()(3)感应电流的磁场有可能阻止原磁通量的变化。

()3．想一想(1)楞次定律中“阻碍”与“阻止”有何区别？

提示：阻碍不是阻止，阻碍只是延缓了磁通量的变化，但这种变化仍将继续进行。(2)当线圈和磁场发生相对运动而引起感应电流时，感应电流的效果是阻碍线圈或磁场的运动吗？

提示：感应电流的效果阻碍线圈与磁场间的相对运动。√×√三、右手定则1．填一填(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，让磁感线

穿过手心，使拇指指向导体运动的方向，其余

所指的方向就是感应电流的方向。如图所示。(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。2．判一判(1)导体棒不垂直切割磁感线时，也可以用右手定则判断感应电流方向。

()(2)凡可以用右手定则判断感应电流方向的，均能用楞次定律判断。

(

)(3)右手定则即右手螺旋定则。

()垂直四指切割磁感线√√×3．选一选

如图所示，匀强磁场与圆形导体环平面垂直，导体ef与环接触良好，当ef向右匀速运动时

(

)A．圆环中磁通量不变，环上无感应电流产生B．整个环中有顺时针方向的电流C．整个环中有逆时针方向的电流D．环的右侧有逆时针方向的电流，环的左侧有顺时针方向的电流解析：由右手定则知ef上的电流由e→f，故环的右侧的电流方向为逆时针，环的左侧的电流方向为顺时针，D正确。答案：D

探究(一)

楞次定律的理解和应用[问题驱动]法拉第最初发现电磁感应现象的实验如图所示。软铁环上绕有A、B两个线圈，当A线圈电路中的开关闭合的瞬间。(1)用楞次定律直接判断出的是线圈B中哪个物理量的方向？(2)怎样判断出线圈B中感应电流的方向？提示：(1)线圈B中感应电流的磁场方向。(2)知道线圈B中感应电流的磁场方向后，再应用安培定则判断线圈B中感应电流的方向。

2．楞次定律推论的应用内容例证阻碍原磁通量变化—“增反减同”阻碍相对运动—“来拒去留”内容例证阻碍原磁通量变化—“增缩减扩”如图所示，A为水平放置的橡胶圆盘，在其侧面带有负电荷－Q，在A正上方用丝线悬挂一个金属圆环B(丝线未画出)，使B的环面在水平面上与圆盘平行，其轴线与橡胶圆盘A的轴线O1O2重合。现使橡胶圆盘A由静止开始绕其轴线O1O2按图中箭头方向加速转动，则

(

)A．金属圆环B有扩大半径的趋势，丝线受到拉力增大B．金属圆环B有缩小半径的趋势，丝线受到拉力减小C．金属圆环B有扩大半径的趋势，丝线受到拉力减小D．金属圆环B有缩小半径的趋势，丝线受到拉力增大[解析]

带电圆盘如题图方向转动时，形成顺时针方向的电流，根据安培定则可知，在圆盘上方形成的磁场方向竖直向下，由于加速转动，所以电流增大，磁场增强，穿过金属圆环B的磁通量增大，根据楞次定律感应电流产生的磁场要阻碍原磁通量的变化，所以金属圆环B有缩小半径的趋势，金属圆环B有向上的运动趋势，所以丝线受到拉力减小，故B正确。[答案]

B应用楞次定律判断感应电流方向的思路(1)明确研究对象是哪一个闭合电路。(2)明确原磁场的方向。(3)判断穿过闭合回路内原磁场的磁通量是增加还是减少。(4)由楞次定律判断感应电流的磁场方向。(5)由安培定则判断感应电流的方向。[素养训练]1．金属环水平固定放置，现将一竖直的条形磁铁，在圆环上方沿圆环轴线从静止开始释放，在条形磁铁穿过圆环的过程中，条形磁铁与圆环

(

)A．始终相互吸引 B．始终相互排斥C．先相互吸引，后相互排斥 D．先相互排斥，后相互吸引解析：

磁铁靠近圆环的过程中，穿过圆环的磁通量增加，根据楞次定律可知，感应电流的磁场阻碍穿过圆环的原磁通量的增加，与原磁场方向相反，如图甲所示，二者之间是斥力；当磁铁穿过圆环下落离开圆环时，穿过圆环的磁通量减少，根据楞次定律可知，感应电流的磁场阻碍穿过圆环的磁通量的减少，二者方向相同，如图乙所示，磁铁与圆环之间是引力，因此D项正确。答案：D

2．

如图所示，一根条形磁铁自左向右穿过一个螺线管，则流过灵敏电流计的感应电流方向是

(

)A．先向左，再向右

B．先向右，再向左C．始终向右

D．始终向左解析：条形磁铁从左向右进入螺线管的过程中，原磁场方向向左，且磁通量在增加，根据楞次定律，感应电流的磁场阻碍原磁场磁通量的变化，所以感应电流的磁场方向向右，由安培定则知感应电流的方向为顺时针方向(从左侧观察)，即流过灵敏电流计的电流方向为向左。条形磁铁从左向右离开螺线管的过程中，原磁场方向向左，且磁通量在减少，根据楞次定律，感应电流的磁场阻碍原磁场磁通量的变化，所以感应电流的磁场方向向左，由安培定则知感应电流的方向为逆时针方向(从左侧观察)，即流过灵敏电流计的电流方向为向右，故A正确，B、C、D错误。答案：A

3．如图所示，在水平放置的条形磁铁N极附近，一个闭合线圈向下运动并始终保持水平。在位置B，N极附近的

磁感线正好与线圈平面平行。A、B之间和B、C之间的距离都比较小。从上往下看，下列说法正确的是

(

)A．线圈从A向B运动过程中，产生顺时针方向的感应电流B．线圈从B向C运动过程中，产生逆时针方向的感应电流C．线圈经过B位置时，线圈中的磁通量达到最大值D．线圈从A向C运动过程中，线圈中一直没有产生感应电流解析：线圈从A向B运动过程中，穿过线圈的磁通量减少，磁场方向斜向上，根据楞次定律判断可知从上往下看线圈中感应电流方向沿逆时针方向，故A错误；线圈从B向C运动过程中，穿过线圈的磁通量增多，磁场方向斜向下，根据楞次定律可知从上往下看线圈中的感应电流方向沿逆时针方向，故B正确；线圈经过B位置时，线圈平面与磁场方向平行，线圈中的磁通量最少，故C错误；由A、B选项分析可知，从上往下看线圈中一直有逆时针方向的感应电流，故D错误。答案：B

探究(二)

楞次定律与右手定则的对比[问题驱动]AB棒分别以下列情境运动。根据楞次定律可以判断出感应电流的方向，如图所示。(1)若用右手定则，如何表示产生感应电流的磁场方向、导体棒运动方向、感应电流的方向三者之间的关系？(2)利用右手定则来判断感应电流方向的优点是什么？提示：(1)磁场垂直穿过手心，大拇指指向导体棒运动的方向，四指的指向便是感应电流的方向。三者两两垂直。(2)不用再判断感应电流的磁场方向，就可以得到感应电流的方向。

[重难释解]1．楞次定律与右手定则的比较比较项目楞次定律右手定则区别研究对象整个闭合回路闭合回路的一部分，即做切割磁感线运动的导体适用范围各种电磁感应现象只适用于导体在磁场中做切割磁感线运动的情况应用用于磁感应强度B随时间变化而产生的电磁感应现象较方便用于导体切割磁感线产生的电磁感应现象较方便联系右手定则是楞次定律的特例2．左手定则与右手定则的对比(1)左手定则是用来判断电流受到磁场力的方向。(2)右手定则是用来判断导体切割磁感线时产生的感应电流的方向。[解析]

由金属杆切割磁感线入手分析。金属杆顺时针转动切割磁感线，由右手定则可知，产生由a到b的感应电流，电流由c到d流过电流表，再由左手定则知，此时ab杆受到的安培力向右，故A正确。[答案]

A[易错警示]三个定则容易相混，特别是左、右手定则易错，关键是抓住因果关系：①因电而生磁(I→B)→安培定则；②因动而生电(v、B→I)→右手定则；③因电而受力(I、B→F安)→左手定则。

[素养训练]1．如图所示，边长为d的正方形线圈，从位置A开始向右运动，并穿过宽为L(L＞d)的匀强磁场区域到达位置B，则

(

)A．整个过程，线圈中始终有感应电流B．整个过程，线圈中始终没有感应电流C．线圈进入磁场和离开磁场的过程中，有感应电流，方向都是逆时针方向D．线圈进入磁场过程中，感应电流的方向为逆时针方向；穿出磁场的过程中，感应电流的方向为顺时针方向解析：在线圈进入或离开磁场的过程中，穿过线圈的磁通量发生变化，有感应电流产生，线圈完全在磁场中时，穿过线圈的磁通量不变，没有感应电流产生，选项A、B错误；由右手定则可知，线圈进入磁场过程中，线圈中感应电流沿逆时针方向，线圈离开磁场过程中，感应电流沿顺时针方向，选项C错误，D正确。答案：D2．如图所示，金属棒AB原来处于静止状态(悬挂)。由于CD棒的运动，导致AB棒向右摆动，则CD棒

(

)A．向右平动 B．向左平动C．向里平动

D．向外平动解析：若CD棒水平向右运动或水平向左运动，则运动方向与磁场方向平行，闭合回路中没有感应电流产生，则AB棒不会受安培力作用，不会运动，故A、B错误；若CD棒垂直纸面向里平动，由右手定则判断感应电流由A到B，由左手定则判断AB棒受力向左，则AB棒将向左摆动，与题干不符，故C错误；若CD棒垂直纸面向外平动，由右手定则判断感应电流由B到A，由左手定则判断AB棒受力向右，则AB棒将向右摆动，故D正确。答案：D

3．(多选)如图所示，在匀强磁场中放一电阻不计的平行金属轨道，轨道跟在轨道平面内的圆形线圈P相连，要使与在同一平面内所包围的小闭合线圈Q内产生顺时针方向的感应电流，导线ab的运动情况可能是

(

)A．匀速向右运动

B．加速向右运动C．减速向右运动

D．加速向左运动解析：当ab向右运动时，根据右手定则可判断出产生的感应电流方向是a→b→P→a，是顺时针方向，由右手螺旋定则可判知P中感应电流的磁场穿过Q中的磁感线方向向里，所以当ab向右减速运动时，可使穿过Q的向里的磁通量减少，从而使Q中产生顺时针方向的电流；当ab向左运动时，同理可判断P中感应电流的磁场穿过Q中的磁感线方向向外，所以当ab向左加速运动时，可使穿过Q的向外的磁通量增多，从而使Q中产生顺时针方向的感应电流。故选项C、D正确。答案：CD

探究(三)实验：探究影响感应电流方向的因素[重难释解]1．实验目的(1)探究感应电流方向与哪些因素有关。(2)学习利用电流计判断感应电流方向的方法。2．实验器材

电流计、干电池、开关、保护电阻、导线、螺线管、条形磁铁。3．实验原理

将磁铁的不同磁极插入、拔出螺线管，观察感应电流方向的变化。通过分析感应电流的方向与磁铁的磁场方向、通过线圈的磁通量的变化之间的关系，探究影响感应电流方向的因素。4．实验步骤(1)先明确电流计指针的偏转方向与通过电流计的电流方向的关系。(2)观察螺线管上漆包线的绕向。(3)将电流计与螺线管按图不连接好，依次完成以下实验操作，记录

观察到的电流计指针偏转情况，填入表中。

①把条形磁铁的N极插入螺线管，稍作停留，再从螺线管中拔出；

②把条形磁铁的S极插入螺线管，稍作停留，再从螺线管中拔出。5．数据分析将实验中获得的信息填入下表中。请根据实验信息，形成结论。

N极插入N极拔出S极插入S极拔出穿过螺线管

的磁通量变化

感应电流的方向

感应电流的磁场方

向与条形磁铁的磁

场方向比较

在探究影响感应电流方向的因素的实验中所用器材如图所示。它们是：①电流计；②直流电源；③带铁芯的线圈A；④线圈B；⑤开关；⑥滑动变阻器(用来控制电流以改变磁场强弱)。(1)试按实验的要求在实物图上连线(图中已连好一根导线)。(2)若连接滑动变阻器的两根导线接在接线柱C和D上，而在开关刚刚闭合时电流计指针右偏，则开关闭合后滑动变阻器的滑片向接线柱C移动时，电流计指针将________(选填“左偏”“右偏”或“不偏”)。[解析]

(1)该实验为探究影响感应电流方向的因素的实验，电流计与副线圈B的两个接线柱连接，构成回路；原线圈A与滑动变阻器、开关、直流电源构成回路，然后依次连接如图所示。(2)在开关刚闭合时，回路中的电流增大，原线圈中电流产生的磁场增大，所以副线圈中的磁通量增多，此时电流计指针右偏；开关闭合后滑动变阻器的滑片向接线柱C移动时，接入电路的有效电阻增大，所以回路中的电流减小，原线圈中的电流产生的磁场减小，穿过副线圈的磁通量减少，电流计指针向左偏。[答案]

(1)见解析图(2)左偏[素养训练]1．下面四幅图是用来“探究影响感应电流方向的因素”的实验示意图。灵敏电流计和线圈组成闭合回路，通过“插入”“拔出”磁铁，使线圈中产生感应电流，记录实验过程中的相关信息，分析得出楞次定律。下列说法正确的是

(

)A．该实验无需确认电流计指针偏转方向与通过电流计的电流方向的关系B．该实验无需记录磁铁在线圈中的磁场方向C．该实验必须保持磁铁运动的速率不变D．该实验必须记录感应电流产生的磁场方向解析：该实验需要确认电流计指针偏转方向与通过电流计的电流方向的关系才能知道产生的感应电流的具体的方向，选项A错误；该实验需要记录磁铁在线圈中的磁场方向，才能得到磁场的变化与感应电流的方向关系，选项B错误；该实验无需保持磁铁运动的速率不变，选项C错误；该实验必需记录感应电流产生的磁场方向，这样才能知道感应电流的磁场方向与原磁场方向的关系，选项D正确。答案：D

2．用如图所示的装置做“探究感应电流方向的规律”实验，磁体从靠近线圈的上方静止下落。

当磁体运动到如图所示的位置时，流过线圈的感应电流方向为__________(选填“从a到b”或“从b到a”)。当磁体完全进入线圈内时，穿过线圈的磁通量________(选填“变化”或“不变”)，________(选填“能”或“不能”)产生电流。解析：磁体从靠近线圈的上方静止下落，当磁体运动到如题图所示的位置时，依据楞次定律，感应磁场方向向下，根据安培定则，则感应电流方向盘旋而上，即流过线圈的感应电流方向为从b到a；当磁体完全进入线圈内时，穿过线圈的磁通量不变，则不会产生感应电流。答案：从b到a不变不能一、培养创新意识和创新思维1．某同学学习了电磁感应相关知识之后，做了探究性实验：将闭合线圈按如图所示方式放在电子秤上，线圈上方有一N极朝下竖直放置的条形磁铁，手握磁铁在线圈的正上方静止，此时电子秤的示数为m0。下列说法正确的是

(

)A．将磁铁N极加速插向线圈的过程中，电子秤的示数小于m0B．将静止于线圈内的磁铁匀速抽出的过程中，电子秤的示数大于m0C．将磁铁N极加速插向线圈的过程中，线圈中产生的电流沿逆时针方向(俯视)D．将磁铁N极匀速插向线圈的过程中，磁铁减少的重力势能等于线圈中产生的焦耳热解析：将条形磁铁插入线圈或从线圈中抽出的过程，穿过线圈的磁通量发生了变化，线圈中产生了感应电流，线圈与条形磁铁会发生相互作用，根据楞次定律的广义表述“来拒去留”可知，在将磁铁插入线圈(无论是匀速、加速还是减速)的过程中，线圈与磁铁相互排斥，导致电子秤的示数大于m0，在抽出磁铁(无论是匀速、加速还是减速)的过程中，线圈与磁铁相互吸引，导致电子秤的示数小于m0，故A、B错误；根据楞次定律可判断，将条形磁铁的N极加速插向线圈时，线圈中产生的感应电流方向为逆时针方向(俯视)，故C正确；磁铁N极匀速插向线圈的过程中，磁铁受到重力、手对磁铁的摩擦力、排斥力作用，重力和手对磁铁的摩擦力的合力做的功等于线圈中产生的焦耳热，故D错误。答案：C

2．如图所示，线圈M和线圈P绕在同一个铁芯上。(1)当闭合开关S的一瞬间，线圈P中感应电流的方向如何？(2)当断开开关S的一瞬间，线圈P中感应电流的方向如何？提示：(1)开关S闭合瞬间，线圈P中感应电流方向是右端流入，左端流出。(2)开关S断开瞬间，线圈P中感应电流方向是左端流入，右端流出。二、注重学以致用和思维建模