Номер 3, страница 8 - гдз по физике 11 класс тетрадь для лабораторных работ Парфентьева

Лабораторная работа № 1. Взаимодействие постоянного тока с магнитным полем - номер 3, страница 8.

Условие.

2. Оборудование

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

3. Порядок выполнения работы

Первый опыт.

1. На штативе подвесьте динамометр, к динамометру прикрепите магнит, под магнитом расположите катушку (рис. 2).

2. Соберите электрическую схему согласно рисунку 3.

3. Установите бегунок реостата в положение, соответствующее максимальному сопротивлению.

4. Замкните цепь.

5. Изменяйте силу тока, уменьшая сопротивление реостата, и записывайте показания динамометра в таблицу 1.1.

Таблица 1.1

№ опыта: 1 2 3 4 5 6

$I:$

$F:$ - - - - - -

6. Измените направление тока в катушке. Проведите аналогичные измерения, записывая их результаты в таблицу 1.2. Отметьте изменения показаний динамометра.

Таблица 1.2

№ опыта: 1 2 3 4 5 6

$I:$

$F:$ - - - - - -

6. Измените направление тока в катушке. Проведите аналогичные измерения, записывая их результаты в таблицу 1.2. Отметьте изменения показаний динамометра.

Таблица 1.2

№ опыта: 1 2 3 4 5 6

$I:$

$F:$ - - - - - -

Второй опыт.

1. На штативе подвесьте моток из проволоки (рис. 4).

2. Соберите электрическую цепь согласно рисунку 5.

3. Поднесите к проволоке магнит, как показано на рисунке 4.

Что происходит? Свои наблюдения запишите ниже.

4. Поверните магнит и поднесите его к проволоке другим полюсом. Наблюдения запишите.

5. Измените направление тока в мотке проволоки и поднесите к нему магнит сначала одним полюсом, затем другим.

Наблюдения:

1 (пункт 3).

2 (пункт 4).

3 (пункт 5).

Решение.

Данная работа посвящена изучению взаимодействия проводников с током и магнитов (сила Ампера).

Первый опыт

В этом опыте исследуется зависимость силы взаимодействия между постоянным магнитом и катушкой с током (электромагнитом) от величины и направления этого тока.

Заполнение таблиц 1.1 и 1.2:

Решение:

Когда по катушке пропускают электрический ток, она создает магнитное поле и ведет себя как магнит. Сила взаимодействия между катушкой и подвешенным магнитом — это сила Ампера ($F_A$). Направление этой силы зависит от направления тока в катушке и от того, каким полюсом магнит обращен к катушке. Величина силы Ампера прямо пропорциональна силе тока $I$ в катушке.

1. Первоначальное направление тока (Таблица 1.1).
На рисунке 2 к катушке обращен южный полюс (S) магнита. Предположим, что при заданном на схеме 3 направлении тока верхний торец катушки становится северным полюсом (N) (согласно правилу правой руки). В этом случае разноименные полюса (N катушки и S магнита) будут притягиваться. Сила притяжения $F_A$ будет направлена вниз, складываясь с силой тяжести магнита $F_g$. Динамометр покажет суммарную силу $F = F_g + F_A$. С увеличением силы тока $I$ (путем уменьшения сопротивления реостата), сила притяжения $F_A$ будет расти, и, следовательно, показания динамометра $F$ будут увеличиваться.

2. Изменение направления тока (Таблица 1.2).
При изменении направления тока на противоположное полярность катушки-электромагнита меняется. Теперь ее верхний торец станет южным полюсом (S). Одноименные полюса (S катушки и S магнита) будут отталкиваться. Сила отталкивания $F_A$ будет направлена вверх, противодействуя силе тяжести магнита. Динамометр покажет результирующую силу $F = F_g - F_A$. С увеличением силы тока $I$, сила отталкивания $F_A$ будет увеличиваться, а показания динамометра $F$ — уменьшаться.

Ответ: При выполнении опыта в таблицу 1.1 следует записать возрастающие значения силы $F$ при увеличении тока $I$. В таблицу 1.2 следует записать убывающие значения силы $F$ при увеличении тока $I$. Показания динамометра изменятся, так как при смене направления тока сила притяжения сменится силой отталкивания.

Второй опыт

В этом опыте исследуется направление силы Ампера и его зависимость от направления тока в проводнике и направления линий магнитного поля.

1 (пункт 3).

Решение:

При поднесении магнита к мотку проволоки, по которому течет ток, на проволоку начинает действовать сила Ампера, так как проводник с током оказывается в магнитном поле. Эта сила вызывает движение (отклонение) мотка проволоки. В зависимости от направления тока и от того, какой полюс магнита поднесен, проволока будет либо притягиваться к магниту, либо отталкиваться от него. Направление силы Ампера определяется по правилу левой руки.

Ответ: Происходит отклонение мотка проволоки. Он либо притягивается к магниту, либо отталкивается от него.

2 (пункт 4).

Решение:

Когда магнит поворачивают и подносят к проволоке другим полюсом, направление линий индукции магнитного поля ($B$) меняется на противоположное. Согласно правилу левой руки, изменение направления вектора магнитной индукции на 180° приводит к изменению направления силы Ампера на 180° (на противоположное). Поэтому направление движения мотка проволоки изменится.

Ответ: Направление отклонения мотка проволоки меняется на противоположное. Если ранее он притягивался, то теперь будет отталкиваться, и наоборот.

3 (пункт 5).

Решение:

При изменении направления тока в мотке проволоки, направление движения заряженных частиц в нем меняется на противоположное. Согласно правилу левой руки, это также приводит к изменению направления силы Ампера на противоположное. Поэтому, если поднести к мотку тот же полюс магнита, что и в пункте 3, проволока будет двигаться в обратном направлении. Если поднести другой полюс (как в пункте 4), то движение будет таким же, как в пункте 3, так как происходит двойное изменение (и тока, и полюса), что возвращает направление силы к первоначальному.

Ответ: При изменении направления тока направление силы, действующей на проволоку, также изменяется на противоположное. При поднесении магнита одним полюсом проволока отклоняется в сторону, противоположную той, что наблюдалась в пункте 3. При поднесении магнита другим полюсом проволока отклоняется в сторону, противоположную той, что наблюдалась в пункте 4.