Номер 2, страница 8 - гдз по физике 11 класс тетрадь для лабораторных работ Парфентьева

Лабораторная работа № 1. Взаимодействие постоянного тока с магнитным полем - номер 2, страница 8.

Условие.

2. Оборудование

Источник тока, реостат, ключ, проволока, катушка, магнитный стержень, штатив, динамометр, амперметр.

Решение.

Представленный перечень оборудования позволяет провести лабораторную работу по исследованию свойств электромагнита. Наиболее вероятный эксперимент — изучение зависимости силы притяжения электромагнита от силы тока в его катушке.

Цель эксперимента

Экспериментально исследовать и установить зависимость модуля силы, с которой электромагнит (катушка с током) действует на магнитный стержень, от силы тока, протекающего в катушке.

Ответ: Целью работы является установление количественной связи между силой тока в катушке и создаваемой ею магнитной силой взаимодействия.

Описание установки и методики

Для проведения эксперимента собирается электрическая цепь, состоящая из последовательно соединенных источника тока, ключа, реостата, амперметра и катушки. Катушка закрепляется вертикально на штативе. Магнитный стержень подвешивается к крючку динамометра. Динамометр, в свою очередь, закрепляется на том же или другом штативе так, чтобы стержень входил в катушку, не касаясь ее стенок.

1. При разомкнутой цепи (ток равен нулю) измеряют показания динамометра. Они соответствуют весу стержня $P = mg$.

2. Замыкают ключ. По катушке начинает течь электрический ток $I$, значение которого измеряется амперметром. Катушка становится электромагнитом и взаимодействует с магнитным стержнем с силой $F_м$ (например, втягивает его). Динамометр покажет новое значение силы $F_{дин}$.

3. Магнитная сила $F_м$, действующая на стержень, определяется как разность показаний динамометра при наличии тока и без него: $F_м = |F_{дин} - P|$.

4. С помощью реостата плавно изменяют сопротивление в цепи, что приводит к изменению силы тока $I$. Для нескольких различных значений силы тока (3-5 измерений) определяют соответствующую магнитную силу $F_м$. Результаты заносят в таблицу.

Ответ: Экспериментальная установка состоит из электрической цепи для создания и регулировки тока в катушке и измерительной системы на основе динамометра для определения силы магнитного взаимодействия. Методика заключается в многократном измерении магнитной силы при различных, контролируемых значениях силы тока.

Ожидаемые результаты и выводы

По результатам измерений строится график зависимости магнитной силы $F_м$ от силы тока $I$.

Согласно теории электромагнетизма, индукция магнитного поля $B$, создаваемого катушкой (соленоидом), прямо пропорциональна силе тока $I$ в ней: $B \propto I$. Сила, с которой это поле действует на помещенный в него магнитный стержень, пропорциональна индукции поля: $F_м \propto B$. Объединяя эти два утверждения, получаем, что магнитная сила должна быть прямо пропорциональна силе тока:

$F_м \propto I$

Следовательно, график зависимости $F_м(I)$ должен быть прямой линией, проходящей через начало координат (с учетом неизбежных погрешностей измерений).

Вывод, который можно сделать на основе эксперимента: сила магнитного взаимодействия, создаваемая электромагнитом, прямо пропорциональна силе тока в его обмотке. Это подтверждает одно из фундаментальных положений учения об электромагнетизме.

Ответ: В результате эксперимента ожидается получение линейной зависимости между силой тока и магнитной силой. Вывод состоит в том, что чем больше сила тока в катушке электромагнита, тем сильнее его магнитное действие.