Номер 2, страница 12 - гдз по физике 11 класс тетрадь для лабораторных работ Парфентьева

Лабораторная работа № 2. Явление электромагнитной индукции - номер 2, страница 12.

Условие.

2. Оборудование

Источник тока, гальванометр, катушка 1, железный сердечник, подковообразный магнит, магнитная стрелка (компас), реостат, ключ, витки проволоки или катушка 2, диаметр которой больше диаметра катушки 1.

Решение.

На изображении представлен перечень оборудования, предназначенного для проведения лабораторных работ по физике в разделе «Электромагнетизм». Этот набор позволяет продемонстрировать и изучить несколько фундаментальных явлений, связанных с магнитными полями и электрическими токами.

1. Изучение магнитного поля катушки с током (создание электромагнита)

С помощью этого набора можно собрать электрическую цепь, состоящую из источника тока, ключа, реостата и катушки 1. При замыкании ключа по катушке потечет электрический ток, и она создаст вокруг себя магнитное поле, превратившись в электромагнит.

Ход эксперимента:

1. Собрать цепь, последовательно соединив источник тока, ключ, реостат и катушку 1.

2. Разместить рядом с катушкой магнитную стрелку (компас). Изначально стрелка будет ориентирована вдоль магнитного поля Земли.

3. Замкнуть ключ. Магнитная стрелка отклонится, указывая на наличие магнитного поля, созданного током в катушке. По направлению, на которое указывает северный полюс стрелки, можно определить направление линий магнитного поля, а следовательно, и полюса электромагнита (используя правило правой руки или правило буравчика).

4. Вставить в катушку железный сердечник. Магнитное поле резко усилится, что будет видно по более сильному воздействию на компас. Железо, являясь ферромагнетиком с высокой магнитной проницаемостью, значительно увеличивает индукцию магнитного поля.

5. С помощью реостата можно изменять силу тока в цепи. Увеличение силы тока приведет к усилению магнитного поля, и наоборот, что также можно наблюдать по поведению магнитной стрелки.

Ответ: Данный эксперимент демонстрирует, что электрический ток создает магнитное поле, и позволяет изучить свойства электромагнита: зависимость силы магнитного поля от силы тока и наличия ферромагнитного сердечника, а также определить его полюса.

2. Изучение явления электромагнитной индукции

Это ключевое явление, для изучения которого предназначен данный набор. Электромагнитная индукция — это возникновение электрического тока (индукционного тока) в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего этот контур. Величина возникающей электродвижущей силы (ЭДС) индукции определяется законом Фарадея: $ \mathcal{E}_{i} = - \frac{d\Phi}{dt} $, где $ \Phi $ — магнитный поток, а знак «минус» отражает правило Ленца, согласно которому индукционный ток всегда имеет такое направление, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, вызвавшего этот ток.

Ход эксперимента А: Получение индукционного тока с помощью постоянного магнита

1. Подключить катушку 1 (или 2) к гальванометру. Гальванометр — чувствительный прибор, который зафиксирует даже слабый ток.

2. Вдвигать подковообразный магнит одним из полюсов внутрь катушки. Стрелка гальванометра отклонится, что свидетельствует о возникновении индукционного тока.

3. Оставить магнит неподвижным внутри катушки. Стрелка гальванометра вернется к нулю. Ток существует только тогда, когда магнитный поток изменяется.

4. Выдвигать магнит из катушки. Стрелка гальванометра снова отклонится, но в противоположную сторону, так как магнитный поток снова изменяется, но на этот раз убывает.

5. Повторить опыты, изменяя скорость движения магнита (чем быстрее движение, тем больше отклонение стрелки, т.е. больше ЭДС индукции и индукционный ток) и используя другой полюс магнита (направление тока изменится на противоположное).

Ответ: Эксперимент доказывает возникновение ЭДС индукции и индукционного тока в замкнутом контуре при изменении пронизывающего его магнитного потока. Величина индукционного тока зависит от скорости изменения магнитного потока, а его направление — от того, увеличивается или уменьшается поток, и от направления линий внешнего магнитного поля (в соответствии с правилом Ленца).

Ход эксперимента Б: Получение индукционного тока с помощью другой катушки (взаимная индукция)

1. Собрать две независимые электрические цепи. Первая (первичная): источник тока, ключ, реостат и катушка 1. Вторая (вторичная): катушка 2, надетая на катушку 1, и гальванометр.

2. Замкнуть ключ в первичной цепи. В момент замыкания в катушке 1 возникает и нарастает от нуля до некоторого значения ток, создавая изменяющееся во времени магнитное поле. Это изменяющееся поле создает изменяющийся магнитный поток через катушку 2, в результате чего в ней возникает индукционный ток, который фиксирует гальванометр (кратковременное отклонение стрелки).

3. После установления постоянного тока в первичной цепи ($ I = \text{const} $) магнитное поле катушки 1 становится постоянным, магнитный поток через катушку 2 не меняется, и индукционный ток в ней исчезает (стрелка гальванометра на нуле).

4. Изменять силу тока в первичной цепи с помощью реостата. Пока ползунок реостата движется, ток в первичной цепи меняется, меняется и созданный им магнитный поток, и гальванометр во вторичной цепи показывает наличие индукционного тока.

5. Разомкнуть ключ в первичной цепи. Ток в катушке 1 спадает до нуля, ее магнитное поле исчезает. Это снова приводит к изменению магнитного потока через катушку 2 и возникновению в ней кратковременного индукционного тока, но уже в противоположном направлении (стрелка гальванометра отклоняется в другую сторону).

Ответ: Этот опыт демонстрирует явление взаимной индукции: изменение силы тока в одной катушке приводит к появлению ЭДС индукции в другой, магнитно связанной с ней катушке. Этот принцип лежит в основе работы трансформаторов и многих других электротехнических устройств.