Номер 4, страница 14 - гдз по физике 11 класс тетрадь для лабораторных работ Парфентьева

Лабораторная работа № 2. Явление электромагнитной индукции - номер 4, страница 14.

Условие.

4. Результаты и выводы

Зная, в какую сторону отклоняется стрелка гальванометра, изобразите полюсы магнитного поля индукционного тока при разных полюсах магнита, с помощью которого вы двигали железный сердечник.

Подтвердите или опровергните правило Ленца.

Сделайте вывод о влиянии скорости движения сердечника на силу индукционного тока.

Проанализируйте результаты второго опыта. Согласуются ли они с правилом Ленца?

Решение.

Полюсы магнитного поля индукционного тока определяются правилом Ленца, согласно которому индуцированное поле противодействует изменению внешнего магнитного потока. Таким образом, в таблице следует изобразить следующее: при вдвигании магнита северным полюсом (N) в катушку, у катушки со стороны магнита образуется северный полюс (N); при выдвигании северного полюса (N) — у катушки образуется южный полюс (S); при вдвигании южного полюса (S) — у катушки образуется южный полюс (S); при выдвигании южного полюса (S) — у катушки образуется северный полюс (N). Направление отклонения стрелки гальванометра будет соответствовать направлению индукционного тока, которое можно определить по правилу правой руки, зная полярность катушки.

Ответ: При приближении полюса магнита к катушке, у катушки со стороны магнита возникает одноименный полюс, а при удалении — разноименный.

Подтвердите или опровергните правило Ленца.

Результаты эксперимента полностью подтверждают правило Ленца. Согласно этому правилу, индукционный ток, возникающий в замкнутом контуре, своим магнитным полем противодействует тому изменению магнитного потока, которым он был вызван. В ходе опыта наблюдается, что при приближении магнита к катушке индуцированное магнитное поле отталкивает его, а при удалении — притягивает. Это явление противодействия и есть физическое проявление правила Ленца, которое является следствием закона сохранения энергии. Для перемещения магнита необходимо совершать работу против силы этого противодействия, и эта работа преобразуется в электрическую энергию индукционного тока.

Ответ: Правило Ленца подтверждается.

Сделайте вывод о влиянии скорости движения сердечника на силу индукционного тока.

Сила индукционного тока зависит от скорости изменения магнитного потока, пронизывающего контур (катушку). Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, ЭДС индукции $ \mathcal{E} $ пропорциональна скорости изменения магнитного потока $ \Phi_B $: $ \mathcal{E} = - \frac{d\Phi_B}{dt} $. Чем быстрее движется магнит (сердечник) относительно катушки, тем быстрее меняется магнитный поток, и, следовательно, тем больше возникающая ЭДС индукции. Так как сила тока $ I $ по закону Ома для полной цепи связана с ЭДС ($ I = \mathcal{E} / R $, где $ R $ — сопротивление цепи), то и сила индукционного тока будет больше. В эксперименте это проявляется в большем угле отклонения стрелки гальванометра при более быстром движении магнита.

Ответ: Чем выше скорость движения сердечника (магнита) относительно катушки, тем больше сила индукционного тока.

Проанализируйте результаты второго опыта. Согласуются ли они с правилом Ленца?

Второй опыт, по всей видимости, заключался в изучении зависимости силы индукционного тока от скорости движения магнита. Результаты показывают, что при увеличении скорости движения магнита сила тока возрастает. Эти результаты полностью согласуются с правилом Ленца, которое, по своей сути, является выражением закона сохранения энергии. Чтобы перемещать магнит с большей скоростью, нужно совершать большую работу в единицу времени (развивать большую мощность), так как индукционный ток создает более сильное противодействующее магнитное поле. Эта затрачиваемая механическая мощность и преобразуется в электрическую мощность тока в контуре ($ P = I^2 R $). Если бы ток не противодействовал причине, его вызвавшей (что противоречило бы правилу Ленца), то малейшее начальное движение магнита приводило бы к возникновению тока, который бы усиливал это движение, создавая энергию из ничего, что нарушило бы закон сохранения энергии.

Ответ: Да, результаты второго опыта, показывающие рост силы тока с увеличением скорости движения магнита, согласуются с правилом Ленца, так как это объясняется законом сохранения энергии.