Номер 5, страница 11 - гдз по физике 11 класс тетрадь для лабораторных работ Парфентьева

Лабораторная работа № 1. Взаимодействие постоянного тока с магнитным полем - номер 5, страница 11.

Условие.

5. Контрольные вопросы

1. Виток проволоки, по которой идёт ток, находится в постоянном магнитном поле. Вектор индукции магнитного поля перпендикулярен плоскости, в которой расположен виток. Действует ли магнитное поле на виток?

2. Как зависит сила, действующая на проводник с током, находящийся в магнитном поле, от силы тока?

3. На прямой проводник с током, помещённый в магнитное поле, не действует сила. Как расположен этот проводник в поле?

4. Постоянный магнит и катушка с током, как вы убедились, взаимодействуют. Можно ли измерить силу взаимодействия, если вместо постоянного магнита к динамометру прикрепить катушку, по которой идёт ток?

5. Почему в первом опыте лучше использовать катушку, а не отдельный проволочный виток?

6. Могут ли магнитные поля катушки и постоянного магнита оказывать на один и тот же проводник с током одинаковое действие?

Решение.

1. Да, магнитное поле действует на виток с током. На каждый малый элемент витка $d\vec{l}$ действует сила Ампера, определяемая выражением $d\vec{F} = I(d\vec{l} \times \vec{B})$. Поскольку вектор магнитной индукции $\vec{B}$ перпендикулярен плоскости витка, он перпендикулярен и любому элементу витка $d\vec{l}$. Следовательно, на каждый элемент витка действует сила, направленная радиально (от центра или к центру) в плоскости витка. Эти силы вызывают растяжение или сжатие витка. Однако, из-за симметрии, векторная сумма всех этих сил, действующих на виток, равна нулю. Таким образом, виток в целом не будет перемещаться поступательно, но он будет испытывать деформацию.
Ответ: Да, действует, вызывая его растяжение или сжатие, при этом суммарная сила равна нулю.

2. Сила, действующая на проводник с током в магнитном поле (сила Ампера), прямо пропорциональна силе тока в этом проводнике. Эта зависимость выражается формулой $F = I \cdot B \cdot l \cdot \sin(\alpha)$, где $F$ - сила Ампера, $I$ - сила тока, $B$ - модуль вектора магнитной индукции, $l$ - длина проводника в поле, а $\alpha$ - угол между направлением тока и вектором магнитной индукции. При увеличении силы тока сила Ампера увеличивается во столько же раз.
Ответ: Сила, действующая на проводник, прямо пропорциональна силе тока.

3. Сила Ампера, действующая на прямой проводник с током, равна нулю, если проводник расположен параллельно линиям магнитной индукции. Согласно формуле $F = IBl\sin\alpha$, сила $F$ обращается в нуль, когда $\sin\alpha = 0$. Это происходит при углах $\alpha = 0^\circ$ (направление тока совпадает с направлением поля) или $\alpha = 180^\circ$ (направление тока противоположно направлению поля).
Ответ: Проводник расположен параллельно вектору магнитной индукции.

4. Да, можно. Согласно третьему закону Ньютона, силы, с которыми два тела действуют друг на друга, равны по модулю и противоположны по направлению. Сила, с которой постоянный магнит действует на катушку с током, равна по величине силе, с которой катушка с током действует на постоянный магнит. Поэтому, прикрепив к динамометру катушку, мы измерим ту же по модулю силу взаимодействия, что и при прикреплении магнита.
Ответ: Да, можно, так как по третьему закону Ньютона силы взаимодействия равны по модулю.

5. Катушка представляет собой множество последовательно соединенных витков. Магнитное поле, создаваемое катушкой с током, является суммой магнитных полей, создаваемых каждым отдельным витком. Поэтому магнитное поле катушки значительно сильнее, чем поле одного витка при той же силе тока. Соответственно, и сила взаимодействия катушки с постоянным магнитом (или другим внешним полем) будет во столько же раз больше. Использование катушки позволяет получить более сильный и легко измеримый эффект.
Ответ: Катушка создает более сильное магнитное поле, чем отдельный виток, что приводит к большей силе взаимодействия, которую легче наблюдать и измерять.

6. Да, могут. Сила, действующая на проводник с током в магнитном поле, определяется вектором магнитной индукции $\vec{B}$ в точке расположения проводника, а не природой источника этого поля. Если в определенной области пространства постоянный магнит и катушка с током создают одинаковые по модулю и направлению магнитные поля (т.е. одинаковые векторы магнитной индукции $\vec{B}$), то и их действие на помещенный в эту область проводник с током будет абсолютно одинаковым.
Ответ: Да, могут, если они создают в месте расположения проводника одинаковые по величине и направлению магнитные поля.