【物理】2020届一轮复习人教版楞次定律的应用学案

【物理】2020届一轮复习人教版楞次定律的应用学案

‎2020届一轮复习人教版 楞次定律的应用 学案 ‎ [课时要求]　1.应用楞次定律的推论判断感应电流的方向.2.理解安培定则、左手定则、右手定则和楞次定律的区别.‎ 一、楞次定律的重要结论 ‎1.“增反减同”法 感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量(原磁场磁通量)的变化.‎ ‎(1)当原磁场磁通量增加时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反.‎ ‎(2)当原磁场磁通量减少时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同.‎ 口诀记为“增反减同”.‎ 例1　如图1所示，一水平放置的矩形闭合线圈abcd在细长磁铁的N极附近竖直下落(线圈始终水平)，保持bc边在纸外，ad边在纸内，由图中位置Ⅰ经过位置Ⅱ到位置Ⅲ，位置Ⅰ和位置Ⅲ都很接近位置Ⅱ，这个过程中线圈的感应电流 (　　)‎ 图1‎ A.沿abcda流动 B.沿dcbad流动 C.先沿abcda流动，后沿dcbad流动 D.先沿dcbad流动，后沿abcda流动 答案　A 解析　由条形磁铁的磁场分布可知，线圈在位置Ⅱ时穿过闭合线圈的磁通量最小，为零，线圈从位置Ⅰ到位置Ⅱ，从下向上穿过线圈的磁通量在减少，线圈从位置Ⅱ到位置Ⅲ，从上向下穿过线圈的磁通量在增加，根据楞次定律可知感应电流的方向是abcda.‎ ‎2.“来拒去留”法 由于磁场与导体的相对运动产生电磁感应现象时，产生的感应电流与磁场间有力的作用，这种力的作用会“阻碍”相对运动.口诀记为“来拒去留”.‎ 例2　如图2所示，当磁铁突然向铜环运动时，铜环的运动情况是(　　)‎ 图2‎ A.向右摆动 B.向左摆动 C.静止 D.无法判定 答案　A 解析　当磁铁突然向铜环运动时，穿过铜环的磁通量增加，为阻碍磁通量的增加，铜环远离磁铁向右运动，故选A.‎ ‎3.“增缩减扩”法 就闭合电路的面积而言，收缩或扩张是为了阻碍电路原磁通量的变化.若穿过闭合电路的磁通量增加，面积有收缩趋势；若穿过闭合电路的磁通量减少，面积有扩张趋势.口诀记为“增缩减扩”.‎ 说明：此法只适用于闭合回路中只有一个方向的磁感线的情况.‎ 例3　如图3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，在导轨上有两个可自由滑动的导体ab和cd.当载流直导线中的电流逐渐增大时，导体ab和cd的运动情况是 (　　)‎ 图3‎ 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 答案　C 解析　由于在闭合回路abdc中，ab和cd电流方向相反，所以两导体运动方向一定相反，排除A、B；当载流直导线中的电流逐渐增大时，穿过闭合回路的磁通量增大，根据楞次定律，感应电流总是阻碍穿过回路的磁通量的变化，所以两导体相互靠近，减小面积，达到阻碍磁通量增大的目的.故选C.‎ ‎4.“增离减靠”法 当磁场变化且线圈回路可移动时，由于磁场增强使得穿过线圈回路的磁通量增加，线圈将通过远离磁体来阻碍磁通量增加；反之，由于磁场减弱使线圈中的磁通量减少时，线圈将靠近磁体来阻碍磁通量减少.口诀记为“增离减靠”.‎ 例4　如图4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(　　)‎ 图4‎ A.同时向两侧推开 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.同时被推开或同时向螺线管靠拢，但因电源正负极未知，无法具体判断 答案　A 解析　开关S接通瞬间，小铜环中磁通量从无到有增加，根据楞次定律，感应电流的磁场要阻碍磁通量的增加，则两环将同时向两侧推开.故A正确.‎ ‎[学科素养]　以上四种情况“殊途同归”，实质上都是以不同的方式阻碍磁通量的变化，拨开现象看本质，体现了“科学思维”的学科素养.‎ 二、“三定则一定律”的综合应用 安培定则、左手定则、右手定则、楞次定律的适用场合如下表.‎ 比较项目 安培定则 左手定则 右手定则 楞次定律 适用场合 判断电流周围的磁感线方向 判断通电导线在磁场中所受的安培力方向 判断导体切割磁感线时产生的感应电流方向 判断回路中磁通量变化时产生的感应电流方向 综合运用这几个规律的关键是分清各个规律的适用场合，不能混淆.‎ 例5　(多选)如图5所示装置中，cd杆光滑且原来静止.当ab杆做如下哪些运动时，cd杆将向右移动(导体棒切割磁感线速度越大，感应电流越大)(　　)‎ 图5‎ A.向右匀速运动 B.向右加速运动 C.向左加速运动 D.向左减速运动 答案　BD 解析　ab杆向右匀速运动，在ab杆中产生恒定的电流，该电流在线圈L1中产生恒定的磁场，在L2中不产生感应电流，所以cd杆不动，故A错误；ab杆向右加速运动，根据右手定则知，在ab杆上产生增大的由a到b的电流，根据安培定则，在L1中产生方向向上且增强的磁场，该磁场向下通过L2，cd杆上产生c到d的电流，根据左手定则，cd杆受到向右的安培力，向右运动，故B正确；同理可得C错误，D正确.‎ 几个规律的使用中，要抓住各个对应的因果关系： (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 三、从能量的角度理解楞次定律 感应电流的产生并不是创造了能量.导体做切割磁感线运动时，产生感应电流，感应电流受到安培力作用，导体克服安培力做功从而实现其他形式的能向电能的转化，所以楞次定律的“阻碍”是能量转化和守恒的体现.‎ 例6　(2018·牌头中学高二上学期期中)如图6所示，固定的水平长直导线中通有向右的电流I，矩形闭合导线框与导线在同一竖直平面内，且一边与导线平行.将线框由静止释放，不计空气阻力，则在线框下落过程中(　　)‎ 图6‎ A.穿过线框的磁通量保持不变 B.线框中感应电流的方向为逆时针 C.线框所受安培力的合力竖直向上 D.线框的机械能不断增大 答案　C 解析　线框在下落过程中，所在磁场减弱，穿过线框的磁感线的条数减小，磁通量减小，A错误；根据安培定则，电流产生的磁场在导线的下方垂直于纸面向里，下落过程中，因为磁通量随线框下落而减小，根据楞次定律，感应电流的磁场与原磁场方向相同，所以感应电流的方向为顺时针方向，B错误；由于离导线越远的地方磁场越小，所以线框的上边受到的安培力大于下边受到的安培力，合力的方向向上，C正确；下落过程中，因为磁通量随线框下落而减小，线框中产生电能，机械能减小，D错误.‎ ‎1.(楞次定律的重要结论)如图7甲所示，有一闭合导线环，磁场方向垂直于环面向里，当磁感应强度随时间按如图乙所示规律变化时，顺着磁场方向看，导线环中感应电流的方向是(　　)‎ 图7‎ A.一直顺时针 B.一直逆时针 C.先顺时针后逆时针 D.先逆时针后顺时针 答案　D 解析　由题图乙可知，0～t0内，穿过导线环的磁通量增加，由楞次定律的结论——“增反减同”可知，感应电流产生的磁场方向垂直环面向外，所以感应电流方向为逆时针；同理可得t0～2t0内感应电流方向为顺时针，D正确.‎ ‎2.(楞次定律的重要结论)如图8所示，水平放置的光滑杆上套有A、B、C三个金属环，其中B接电源.在接通电源的瞬间，A、C两环(　　)‎ 图8‎ A.都被B吸引 B.都被B排斥 C.A被吸引，C被排斥 D.A被排斥，C被吸引 答案　B 解析　在接通电源的瞬间，通过B环的电流从无到有，电流产生的磁场从无到有，穿过A、C两环的磁通量从无到有，A、C两环产生感应电流，由楞次定律可知，感应电流的磁场阻碍原磁通量的增加，A、C两环都被B环排斥而远离B环，故A、C、D错误，B正确.‎ ‎3.(楞次定律的重要结论)(多选)如图9所示，光滑固定导轨m、n水平放置，两根导体棒p、q平行放于导轨上，形成一个闭合回路，当一条形磁铁从高处下落接近回路时(不计空气阻力)(　　)‎ 图9‎ A.p、q将互相靠拢 B.p、q将互相远离 C.磁铁下落的加速度仍为g D.磁铁下落的加速度小于g 答案　AD 解析　在磁铁下落接近回路的过程中，穿过回路的磁通量增加，根据楞次定律的结论——“增缩减扩”，可知p、q将互相靠拢；利用“来拒去留”可知磁铁受到向上的阻力，磁铁下落的加速度小于g，A、D正确.‎ ‎4.(“三定则一定律”的综合应用)(多选)如图10所示，水平放置的两条光滑轨道上有可自由移动的金属棒PQ、MN，当PQ在外力的作用下运动时，MN在磁场力的作用下向右运动，则PQ所做的运动可能是(导体切割磁感线速度越大，感应电流越大)(　　)‎ 图10‎ A.向右加速运动 B.向左加速运动 C.向右减速运动 D.向左减速运动 答案　BC 解析　当PQ向右运动时，用右手定则可判定PQ中感应电流的方向是由Q→P，由安培定则可知穿过L1的磁场方向是自下而上的；若PQ向右加速运动，则穿过L1的磁通量增加，用楞次定律可以判断流过MN的感应电流是从N→M的，用左手定则可判定MN受到向左的安培力，将向左运动，选项A错误；若PQ向右减速运动，流过MN的感应电流方向、MN所受的安培力的方向均将反向，MN向右运动，所以选项C正确；同理可判断选项B正确，选项D错误.‎ ‎1.为了测量列车运行的速度和加速度大小，可采用如图1甲所示的装置，它由一块安装在列车车头底部的强磁体和埋设在轨道地面的一组线圈及电流测量记录仪组成(电流测量记录仪未画出).当列车经过线圈上方时，线圈中产生的电流被记录下来，P、Q为接测量仪器的端口.若俯视轨道平面磁场垂直地面向里(如图乙)，则在列车经过测量线圈的过程中，流经线圈的电流方向为(　　)‎ 图1‎ A.始终沿逆时针方向 B.先沿顺时针方向，再沿逆时针方向 C.先沿逆时针方向，再沿顺时针方向 D.始终沿顺时针方向 答案　C 解析　在列车经过线圈上方时，由于列车上的强磁体在线圈处的磁场的方向向下，所以线圈内的磁通量方向向下，磁通量先增大后减小，根据楞次定律可知，线圈中的感应电流的方向先沿逆时针方向，再沿顺时针方向，故选C.‎ ‎2.(2018·慈溪市高二上学期期中)如图2所示，老师做了一个物理小实验让学生观察：一轻质横杆两侧各固定一金属环，横杆可绕中心点自由转动，老师拿一条形磁铁插向其中一个小环，后又取出插向另一个小环，同学们看到的现象是(　　)‎ 图2‎ A.磁铁插向左环，横杆发生转动 B.磁铁插向右环，横杆发生转动 C.无论磁铁插向左环还是右环，横杆都不发生转动 D.无论磁铁插向左环还是右环，横杆都发生转动 答案　B 解析　左环没有闭合，在磁铁插入过程中，不产生感应电流，故横杆不发生转动.右环闭合，在磁铁插入过程中，产生感应电流，在磁场力的作用下横杆将发生转动，故B正确.‎ ‎3.如图3所示，MN是一根固定在光滑水平面上的通电细长直导线，电流方向如图所示，今将一矩形金属线框abcd放在导线上，ab边平行于MN，让线框的位置偏向导线的左边，导线与金属线框两者彼此绝缘，当导线上的电流突然增大时，线框整体受力为(　　)‎ 图3‎ A.受力向右 B.受力向左 C.受力向上 D.受力为零 答案　A 解析　金属线框放在导线MN上，导线中电流产生磁场，根据安培定则判断可知，线框左右两侧磁场方向相反，且导线左侧线框内的磁通量大于导线右侧线框内的磁通量，当导线中电流增大时，穿过线框的磁通量增大，线框产生感应电流，根据楞次定律可知，感应电流的磁场要阻碍原磁通量的变化，则线框将向使磁通量减小的方向运动，即向右移动，线框整体受力向右，故A正确，B、C、D错误.‎ ‎4.(2018·温州新力量联盟高二第一学期期末)如图4所示，光滑绝缘固定水平面上有一个静止的小导体环，现在将一个条形磁铁从导体环的右上方较高处突然向下移动，则在此过程中，关于导体环的运动方向以及导体环中的电流方向，下列说法中正确的是(　　)‎ 图4‎ A.导体环向左运动；从上向下看，电流方向是顺时针方向 B.导体环向右运动；从上向下看，电流方向是顺时针方向 C.导体环向右运动；从上向下看，电流方向是逆时针方向 D.导体环向左运动；从上向下看，电流方向是逆时针方向 答案　D ‎5.如图5所示，一个有弹性的金属线圈被一根橡皮绳吊于通电直导线的正下方，直导线与线圈在同一竖直面内，当通电直导线中电流增大时，金属线圈的面积S和橡皮绳的长度l将(　　)‎ 图5‎ A.S增大，l变长 B.S减小，l变短 C.S增大，l变短 D.S减小，l变长 答案　D 解析　当通电直导线中电流增大时，穿过金属线圈的磁通量增大，金属线圈中产生感应电流，根据楞次定律，感应电流要阻碍原磁通量的增大：一是用缩小面积的方式进行阻碍，二是用远离直导线的方式进行阻碍，故D正确.‎ ‎6.(多选)绕有线圈的铁芯直立在水平桌面上，铁芯上套着一个铝环，线圈与电源、开关相连，如图6所示.线圈上端与电源正极相连，闭合开关的瞬间，铝环向上跳起.则下列说法中正确的是(　　)‎ 图6‎ A.若保持开关闭合，则铝环不断升高 B.若保持开关闭合，则铝环停留在跳起后的某一高度 C.若保持开关闭合，则铝环跳起到某一高度后将回落 D.如果电源的正、负极对调，观察到的现象不变 答案　CD 解析　铝环跳起是开关闭合时铝环上产生的感应电流与通电线圈中的电流相互作用而引起的，由楞次定律知，该现象与电流方向无关，故C、D正确.‎ ‎7.(多选)如图7所示，在水平面上有一固定的导轨，导轨为U形金属框架，框架上放置一金属杆ab，不计摩擦，在竖直方向上有匀强磁场(图中未画出)，则(　　)‎ 图7‎ A.若磁场方向竖直向上并增强时，杆ab将向右移动 B.若磁场方向竖直向上并减弱时，杆ab将向右移动 C.若磁场方向竖直向下并增强时，杆ab将向右移动 D.若磁场方向竖直向下并减弱时，杆ab将向右移动 答案　BD 解析　不管磁场方向竖直向上还是竖直向下，当磁感应强度增大时，回路中磁通量增大，由楞次定律知杆ab将向左移动，反之，杆ab将向右移动，选项B、D正确.‎ ‎8.如图8所示，铜质金属环从条形磁铁的正上方由静止开始下落，在下落过程中金属环始终水平且未与磁铁接触，下列判断正确的是(　　)‎ 图8‎ A.金属环在下落过程中的机械能守恒 B.金属环在下落过程中动能的增加量小于其重力势能的减少量 C.金属环的机械能先减小后增大 D.磁铁对桌面的压力始终大于其自身的重力 答案　B 解析　金属环在下落过程中，磁通量发生变化产生感应电流，金属环受到安培力的作用，机械能不守恒，A错误.由能量守恒，金属环重力势能的减少量等于其动能的增加量和在金属环中产生的电能之和，B正确.金属环下落的过程中，机械能不停地转变为电能，机械能一直减少，C错误.当金属环下落到磁铁中央位置时，无感应电流，环和磁铁间无作用力，磁铁对桌面的压力大小等于磁铁的重力，D错误.‎ ‎9.如图9所示，A为水平放置的胶木圆盘，在其侧面均匀分布着负电荷，在A的正上方用绝缘丝线悬挂一个金属环B，使B的环面水平且与圆盘面平行，其轴线与胶木圆盘A的轴线OO′重合，现使胶木圆盘A由静止开始绕其轴线OO′按箭头所示方向加速转动，则 (　　)‎ 图9‎ A.金属环B的面积有扩大的趋势，丝线受到的拉力增大 B.金属环B的面积有缩小的趋势，丝线受到的拉力减小 C.金属环B的面积有扩大的趋势，丝线受到的拉力减小 D.金属环B的面积有缩小的趋势，丝线受到的拉力增大 答案　B 解析　胶木圆盘A由静止开始绕其轴线OO′按箭头所示方向加速转动，形成环形电流，环形电流的大小增大，根据安培定则知，通过B的磁通量向下且增大，根据楞次定律，感应电流引起的效果阻碍原磁通量的增大，知金属环的面积有缩小的趋势，且有向上的运动趋势，所以丝线的拉力减小，故B正确，A、C、D错误.‎ ‎10.(多选)(2018·东阳中学高二上学期期中)如图10所示，水平放置的条形磁铁中央，有一闭合金属弹性圆环，条形磁铁中心线与弹性圆环轴线重合，现将弹性圆环均匀向外扩大，下列说法中正确的是(　　)‎ 图10‎ A.穿过弹性圆环的磁通量增大 B.从左往右看，弹性圆环中有顺时针方向的感应电流 C.弹性圆环中无感应电流 D.弹性圆环受到的安培力方向沿半径向里 答案　BD 解析　磁感线是闭合曲线，条形磁铁内部的磁感线条数等于外部所有磁感线条数，题图中穿过圆环的内部磁感线比外部多，外部的磁感线与内部的磁感线方向相反，外部的磁感线被内部磁感线抵消.现将弹性圆环均匀向外扩大，则磁铁外部穿过弹性圆环的磁感线条数增多，内部磁感线抵消增多，导致穿过弹性圆环的磁通量变小，则由楞次定律得，产生顺时针方向的感应电流(从左向右看)，在外部磁感线的作用下，根据左手定则可知，弹性圆环受到的安培力方向沿半径向里，B、D正确.‎ ‎11.如图11所示，两个相同的轻质铝环套在一根水平光滑绝缘杆上，当一条形磁铁向左运动靠近两环时，两环的运动情况是 (　　)‎ 图11‎ A.同时向左运动，间距变大 B.同时向左运动，间距变小 C.同时向右运动，间距变小 D.同时向右运动，间距变大 答案　B 解析　磁铁向左运动，穿过两环的磁通量都增加，根据楞次定律，感应电流的磁场将阻碍原磁通量的增加，所以两环都向左运动.另外，两环产生的感应电流方向相同，依据安培定则和左手定则可以判断两个环之间是相互吸引的，所以选项A、C、D错误，B正确.‎ ‎12.(2018·全国卷Ⅲ)如图12所示，在方向垂直于纸面向里的匀强磁场中有一U形金属导轨，导轨平面与磁场垂直.金属杆PQ置于导轨上并与导轨形成闭合回路PQRS，一圆环形金属线框T位于回路围成的区域内，线框与导轨共面.现让金属杆PQ突然向右运动，在运动开始的瞬间，关于感应电流的方向，下列说法正确的是(　　)‎ 图12‎ A.PQRS中沿顺时针方向，T中沿逆时针方向 B.PQRS中沿顺时针方向，T中沿顺时针方向 C.PQRS中沿逆时针方向，T中沿逆时针方向 D.PQRS中沿逆时针方向，T中沿顺时针方向 答案　D 解析　金属杆PQ突然向右运动，由右手定则可得，金属杆PQ中的感应电流方向由Q到P，则PQRS中感应电流方向为逆时针方向.PQRS中感应电流产生垂直纸面向外的磁场，故环形金属线框T中为阻碍此变化，会产生垂直纸面向里的磁场，则T中感应电流方向为顺时针方向，D正确.‎ ‎13.如图13所示，圆形导体线圈a平放在水平桌面上，在a的正上方固定一竖直螺线管b，二者轴线重合，螺线管与电源和滑动变阻器连接成闭合回路.若将滑动变阻器的滑片P向下滑动，下列表述正确的是(　　)‎ 图13‎ A.线圈a对水平桌面的压力FN将增大 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中将产生顺时针方向的感应电流(俯视)‎ 答案　A 解析　滑动变阻器滑片向下移动，接入电路的电阻减小，电流增大，通过线圈a的磁通量增大，线圈a有收缩的趋势，B、C错误；根据楞次定律判断a中产生逆时针方向的感应电流(俯视)，a有远离螺线管的趋势，a对桌面的压力增大，A正确，D错误.‎ ‎14.近来，无线充电成为应用于我们日常生活中的一项新科技，其中利用电磁感应原理来实现无线充电是比较成熟的一种方式，电动汽车无线充电方式的基本原理如图14所示：路面下依次铺设圆形线圈，相邻两个线圈由供电装置通以反向电流，车身底部固定感应线圈，通过充电装置与锂离子蓄电池相连，汽车在此路面上行驶时，就可以进行充电.汽车匀速行驶的过程中，下列说法正确的是(　　)‎ 图14‎ A.感应线圈中电流的磁场方向一定与路面线圈中电流的磁场方向相反 B.感应线圈中产生的是方向改变、大小不变的电流 C.给路面下的线圈通以同向电流，不会影响充电效果 D.感应线圈一定受到路面线圈磁场的安培力，会阻碍汽车运动 答案　D 解析　由于路面下铺设圆形线圈，相邻两个线圈的电流相反，所以感应线圈中电流的磁场方向不一定与路面线圈中电流的磁场方向相反，A错误；由于路面下的线圈中的电流不知如何变化，即产生的磁场无法确定变化情况，所以感应线圈中的电流大小不能确定，B错误；给路面下的线圈通以同向电流，则线圈产生的磁场方向相同，在汽车运动过程中产生的感应电流与原来不同，充电效果不同，C错误；感应线圈随汽车一起运动过程中会产生感应电流，在路面线圈的磁场中受到安培力，根据“来拒去留”可知，此安培力阻碍相对运动，即阻碍汽车运动，D正确.‎ ‎15.(多选)如图15所示，在匀强磁场中放有平行铜导轨，它与大导线圈M相连接，要使小导线圈N获得顺时针方向的感应电流，则放在导轨上的金属棒ab的运动情况可能是(两导线圈共面放置，且金属棒切割磁感线速度越大，感应电流越大)(　　)‎ 图15‎ A.向右匀速运动 B.向左加速运动 C.向右减速运动 D.向右加速运动 答案　BC 解析　欲使N产生顺时针方向的感应电流，即感应电流的磁场垂直于纸面向里，由楞次定律可知有两种情况：一是M中有顺时针方向逐渐减小的电流，使其在N中的磁场方向向里，且磁通量在减小，此时应使ab向右减速运动；二是M中有逆时针方向逐渐增大的电流，使其在N中的磁场方向向外，且磁通量在增大，此时应使ab向左加速运动.‎ ‎16.(多选)(2018·全国卷Ⅰ)如图16，两个线圈绕在同一根铁芯上，其中一线圈通过开关与电源连接，另一线圈与远处沿南北方向水平放置在纸面内的直导线连接成回路.将一小磁针悬挂在直导线正上方，开关未闭合时小磁针处于静止状态.下列说法正确的是(　　)‎ 图16‎ A.开关闭合后的瞬间，小磁针的N极朝垂直纸面向里的方向转动 B.开关闭合并保持一段时间后，小磁针的N极指向垂直纸面向里的方向 C.开关闭合并保持一段时间后，小磁针的N极指向垂直纸面向外的方向 D.开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间，小磁针的N极朝垂直纸面向外的方向转动 答案　AD 解析　根据安培定则，开关闭合时铁芯中产生水平向右的磁场，开关闭合后的瞬间，根据楞次定律，直导线上将产生由南向北的电流，直导线上方的磁场垂直纸面向里，故小磁针的N极朝垂直纸面向里的方向转动，A项正确；开关闭合并保持一段时间后，直导线上没有感应电流，故小磁针的N极指北，B、C项错误；开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间，根据楞次定律，直导线上将产生由北向南的电流，这时直导线上方的磁场垂直纸面向外，故小磁针的N极朝垂直纸面向外的方向转动，D项正确.‎