Лабораторная работа № 11, страница 128, часть 2 - гдз по физике 8 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 2. Глава 7. Магнитное поле. Параграф 78. Лабораторные и исследовательские работы. Практические работы-исследование - страница 128.

Условие.

Лабораторная работа № 11

Изучение принципа работы электродвигателя (на модели)

Цель работы

Познакомиться с моделью электродвигателя постоянного тока и его основными деталями; изучить принцип его работы.

Оборудование и материалы

Источник электрического тока, модель электродвигателя, реостат, ключ, соединительные провода.

Ход работы

• Рассмотрите основные детали модели электродвигателя.
• Соберите электрическую цепь, состоящую из источника электрического тока, модели электродвигателя и ключа, соединив их последовательно.
• Замкните цепь и наблюдайте за работой электродвигателя.
• Пронаблюдайте, как изменяется работа электродвигателя, если, переключив провода, изменить направление тока в цепи. Сделайте вывод.
• Пронаблюдайте, как изменяется работа электродвигателя, если с помощью реостата изменять силу тока в цепи. Сделайте вывод.

Решение.

Цель работы

Познакомиться с моделью электродвигателя постоянного тока и его основными деталями; изучить принцип его работы.

Оборудование и материалы

Источник электрического тока, модель электродвигателя, реостат, ключ, соединительные провода.

Ход работы

1. Рассмотрите основные детали модели электродвигателя.

Модель электродвигателя постоянного тока состоит из следующих основных частей:

• Статор – неподвижная часть, создающая постоянное магнитное поле. В простейшей модели это постоянный магнит с северным (N) и южным (S) полюсами.
• Ротор (якорь) – вращающаяся часть, представляющая собой катушку с проводом, намотанную на сердечник.
• Коллектор – специальное устройство, состоящее из двух полуколец, к которым припаяны концы обмотки ротора. Коллектор вращается вместе с ротором и предназначен для изменения направления тока в катушке.
• Щётки – неподвижные контакты (часто графитовые), которые прижимаются к коллектору и подводят электрический ток от источника к вращающейся катушке.

Ответ: Основными деталями электродвигателя являются статор (магнит), ротор (катушка с током), коллектор и щётки.

2. Соберите электрическую цепь, состоящую из источника электрического тока, модели электродвигателя и ключа, соединив их последовательно.

Элементы электрической цепи соединяются последовательно с помощью проводов. Один провод подключается от положительной клеммы источника тока к одному из контактов ключа. Другой контакт ключа соединяется с одной из клемм электродвигателя. Вторая клемма электродвигателя соединяется с отрицательной клеммой источника тока. Для выполнения пункта 5 в цепь также последовательно включается реостат.

Ответ: Электрическая цепь собрана согласно схеме: источник тока → ключ → электродвигатель → источник тока.

3. Замкните цепь и наблюдайте за работой электродвигателя.

При замыкании ключа по обмотке ротора (якоря) начинает протекать электрический ток. Так как катушка с током находится в магнитном поле статора, на её стороны начинает действовать сила Ампера. Согласно правилу левой руки, силы, действующие на противоположные стороны рамки, направлены в противоположные стороны. Эта пара сил создает вращающий момент, который приводит ротор во вращение.

Ответ: После замыкания цепи ротор электродвигателя начинает вращаться, так как на него действует вращающий момент, создаваемый силой Ампера.

4. Пронаблюдайте, как изменяется работа электродвигателя, если, переключив провода, изменить направление тока в цепи. Сделайте вывод.

Поменяв местами провода на клеммах источника тока, мы изменяем направление тока в цепи на противоположное. При замыкании ключа наблюдаем, что ротор электродвигателя начинает вращаться в противоположную сторону по сравнению с предыдущим опытом. Это происходит потому, что направление силы Ампера ($F_A$) зависит от направления тока ($\text{I}$) в проводнике. Согласно правилу левой руки, при изменении направления тока на противоположное, направление силы также меняется на противоположное, что приводит к изменению направления вращающего момента и, следовательно, направления вращения ротора.

Вывод: Направление вращения якоря электродвигателя постоянного тока зависит от направления электрического тока в его обмотке.

Ответ: При изменении направления тока в цепи на противоположное, направление вращения ротора электродвигателя также изменяется на противоположное.

5. Пронаблюдайте, как изменяется работа электродвигателя, если с помощью реостата изменять силу тока в цепи. Сделайте вывод.

Включаем в цепь реостат. Перемещая ползунок реостата, мы изменяем его сопротивление и, следовательно, силу тока в цепи. При уменьшении сопротивления реостата сила тока в цепи, согласно закону Ома ($I = U/R$), увеличивается. Наблюдаем, что скорость вращения ротора возрастает. При увеличении сопротивления реостата сила тока уменьшается, и скорость вращения ротора снижается. Это объясняется тем, что величина силы Ампера прямо пропорциональна силе тока: $F_A = I \cdot B \cdot l \cdot \sin(\alpha)$. Чем больше сила тока, тем больше вращающий момент и, соответственно, выше скорость вращения.

Вывод: Скорость вращения якоря электродвигателя постоянного тока зависит от силы тока в его обмотке: чем больше сила тока, тем выше скорость вращения.

Ответ: При увеличении силы тока в цепи скорость вращения ротора электродвигателя увеличивается, а при уменьшении силы тока — уменьшается.

Общий вывод по работе:

В ходе лабораторной работы мы изучили устройство и принцип действия модели электродвигателя постоянного тока. Работа двигателя основана на действии магнитного поля на проводник с током (сила Ампера), которое создает вращающий момент. Мы экспериментально установили, что направление вращения ротора зависит от направления тока в его обмотке, а скорость вращения прямо пропорциональна силе этого тока.