Номер 3, страница 12 - гдз по физике 11 класс тетрадь для лабораторных работ Парфентьева

Лабораторная работа № 2. Явление электромагнитной индукции - номер 3, страница 12.

Условие.

3. Порядок выполнения работы

Результаты наблюдений следует опи-сать, а затем объединить в итоговую та-блицу.

1. Предварительный опыт.

Соберите схему согласно рисунку 6. В катушку вставьте железный сердеч-ник. Замкните цепь, заметьте при этом, в какую сторону отклонится стрелка гальванометра. С помощью магнитной стрелки установите расположение маг-нитных полюсов катушки.

Рис. 6

2. Первый опыт.

Соберите схему согласно рисунку 7. С помощью магнита вынимайте из катуш-ки и вставляйте в неё железный сердеч-ник. Постарайтесь заметить влияние ско-рости движения железного сердечника вдоль катушки на значение силы тока, проходящего через гальванометр. Записы-вайте наблюдения, в частности в какую сторону отклоняется стрелка.

Рис. 7

2'. Смените полюс магнита, с помощью которого вы двигали же-лезный сердечник внутри катушки, и повторите опыт. Запишите результаты наблюдений.

3. Второй опыт.

Соберите схему согласно рисунку 8. При этом катушка 2 или мотки проволоки надеты на катушку 1.

Замкните цепь и разомкните её. Запи-шите наблюдения.

Рис. 8

3'. Измените направление тока в цепи катушки 1 и повторите опыт.

4. Составьте итоговую таблицу наблюдений 2.1, в которой долж-ны быть отражены результаты первого и второго опытов.

Решение.

1. Предварительный опыт.

Решение

При замыкании цепи, собранной согласно рисунку 6, по виткам катушки потечет электрический ток. В результате катушка создаст вокруг себя магнитное поле, превратившись в электромагнит. Направление этого поля можно определить по правилу правой руки: если обхватить катушку ладонью правой руки так, чтобы четыре пальца были направлены по току в витках, то отставленный на 90 градусов большой палец покажет направление на северный полюс (N). Судя по схеме, ток от положительной клеммы источника пойдет так, что при взгляде сверху он будет направлен против часовой стрелки. Следовательно, верхний торец катушки станет северным полюсом, а нижний — южным. Это можно проверить с помощью магнитной стрелки (компаса): ее северный полюс будет отталкиваться от верхнего торца катушки и притягиваться к нижнему. Гальванометр (или амперметр, обозначенный как А) зафиксирует протекание тока, и его стрелка отклонится в определенную сторону.

Ответ: При замыкании цепи стрелка гальванометра отклоняется, указывая на наличие тока. Катушка становится электромагнитом. С помощью правила правой руки и магнитной стрелки можно установить, что верхний торец катушки является ее северным полюсом (N), а нижний — южным (S).

2. Первый опыт.

Решение

В этом опыте (рис. 7) исследуется явление электромагнитной индукции. При движении постоянного магнита относительно катушки происходит изменение магнитного потока, пронизывающего ее витки. Это изменение, согласно закону Фарадея, порождает в замкнутом контуре катушки индукционный электрический ток. Направление этого тока определяется правилом Ленца: индукционный ток имеет такое направление, что созданное им магнитное поле противодействует изменению магнитного потока, которое этот ток вызвало.

1. Когда северный полюс (N) магнита вдвигается в катушку, магнитный поток через нее увеличивается. Индукционный ток создаст собственное магнитное поле, направленное навстречу полю магнита (вверх), чтобы скомпенсировать это увеличение. Стрелка гальванометра отклонится в одну сторону (например, вправо).

2. Когда северный полюс (N) магнита выдвигается из катушки, магнитный поток уменьшается. Индукционный ток создаст магнитное поле, направленное в ту же сторону, что и поле магнита (вниз), чтобы поддержать убывающий поток. Ток потечет в обратном направлении, и стрелка гальванометра отклонится в другую сторону (влево).

3. Величина индукционного тока прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока. Поэтому, чем быстрее двигать магнит, тем сильнее будет отклоняться стрелка гальванометра.

Ответ: При движении магнита относительно катушки в ней возникает индукционный ток. Направление тока зависит от направления движения магнита (вдвигание или выдвигание) и от его полюса. Величина тока (и отклонение стрелки гальванометра) тем больше, чем выше скорость движения магнита.

2'. Смените полюс магнита, с помощью которого вы двигали железный сердечник внутри катушки, и повторите опыт. Запишите результаты наблюдений.

Решение

Если повторить опыт, используя южный полюс (S) магнита, направления индукционного тока изменятся на противоположные по сравнению с опытом с северным полюсом.

1. Когда южный полюс (S) магнита вдвигается в катушку, магнитный поток (направленный из катушки) увеличивается. Индукционный ток создаст поле, направленное навстречу (вниз), чтобы скомпенсировать это изменение. Стрелка гальванометра отклонится влево (в сторону, противоположную вдвиганию N-полюса).

2. Когда южный полюс (S) магнита выдвигается из катушки, магнитный поток уменьшается. Индукционный ток создаст поле, направленное в ту же сторону (вверх), чтобы поддержать поток. Стрелка гальванометра отклонится вправо.

Ответ: При смене полюса магнита на противоположный направление индукционного тока для тех же самых действий (вдвигание/выдвигание) также меняется на противоположное.

3. Второй опыт.

Решение

Этот опыт (рис. 8) демонстрирует явление взаимной индукции между двумя катушками. Катушка 1, подключенная к источнику, является первичной. Катушка 2, подключенная к гальванометру, — вторичной.

1. В момент замыкания цепи катушки 1, ток в ней начинает нарастать от нуля до своего максимального значения. Это создает вокруг катушки 1 нарастающее магнитное поле. Это изменяющееся магнитное поле пронизывает витки катушки 2, вызывая в ней изменение магнитного потока и, как следствие, появление кратковременного индукционного тока. Стрелка гальванометра отклонится в одну сторону (например, вправо) и вернется к нулю, когда ток в катушке 1 станет постоянным.

2. В момент размыкания цепи катушки 1, ток в ней спадает до нуля. Магнитное поле исчезает. Это убывающее магнитное поле вновь создает во вторичной катушке изменяющийся магнитный поток, что приводит к возникновению индукционного тока. По правилу Ленца, этот ток будет направлен так, чтобы поддержать исчезающее поле, то есть его направление будет противоположным тому, что было при замыкании. Стрелка гальванометра отклонится в другую сторону (влево) и вернется к нулю.

Ответ: Индукционный ток во вторичной катушке (2) возникает только в моменты замыкания и размыкания цепи первичной катушки (1). Направления индукционного тока при замыкании и размыкании противоположны.

3'. Измените направление тока в цепи катушки 1 и повторите опыт.

Решение

Если изменить направление тока в первичной катушке 1 (поменяв полярность подключения источника), то направление создаваемого ею магнитного поля также изменится на противоположное.

1. При замыкании цепи с обратным направлением тока, магнитное поле будет нарастать в противоположном направлении. Следовательно, индукционный ток во вторичной катушке также будет иметь противоположное направление по сравнению с первоначальным опытом. Стрелка гальванометра отклонится влево.

2. При размыкании этой цепи убывающее магнитное поле вызовет индукционный ток, направленный противоположно току при замыкании. Стрелка гальванометра отклонится вправо.

Ответ: При изменении направления тока в первичной катушке направление индукционных токов во вторичной катушке (в моменты замыкания и размыкания) также изменяется на противоположное.

4. Составьте итоговую таблицу наблюдений 2.1, в которой должны быть отражены результаты первого и второго опытов.

Решение

На основе проведенных наблюдений можно составить сводную таблицу. Направления отклонения стрелки гальванометра («вправо», «влево») являются условными и зависят от конкретного подключения приборов и направления намотки катушек.

Ответ:

Итоговая таблица наблюдений

Первый опыт (взаимодействие катушки и магнита)
Действие	Используемый полюс магнита	Скорость движения	Наблюдение (гальванометр)
Вдвигание магнита в катушку	Северный (N)	Медленная	Небольшое отклонение вправо
Вдвигание магнита в катушку	Северный (N)	Быстрая	Значительное отклонение вправо
Выдвигание магнита из катушки	Северный (N)	Быстрая	Значительное отклонение влево
Вдвигание магнита в катушку	Южный (S)	Быстрая	Значительное отклонение влево
Выдвигание магнита из катушки	Южный (S)	Быстрая	Значительное отклонение вправо
Магнит неподвижен	Любой	-	Стрелка на нуле

Второй опыт (взаимная индукция)
Действие в цепи катушки 1	Направление тока в катушке 1	Наблюдение в цепи катушки 2 (гальванометр)
Замыкание цепи	Прямое	Кратковременное отклонение вправо
Размыкание цепи	Прямое	Кратковременное отклонение влево
Замыкание цепи	Обратное	Кратковременное отклонение влево
Размыкание цепи	Обратное	Кратковременное отклонение вправо
Протекает постоянный ток	Любое	Стрелка на нуле