Левая сторона, страница 53 - гдз по физике 8 класс самостоятельные работы Генденштейн, Орлов

Самостоятельная работа 7. Магнитные взаимодействия. Вариант 5 - страница 53.

Условие.

Выполните экспериментальное задание.

Левая сторона

Оборудование: миллиамперметр; катушка-моток; источник тока; электромагнит; провода; ключ.

1. Для наблюдения явления электромагнитной индукции соберите электрическую цепь по рисунку 1. Покажите собранную цепь учителю. Используя ключ, создайте индукционный ток в катушке, соединённой с миллиамперметром.

Рис. 1

Объяснение опыта: _________.

2*. Придумайте и осуществите опыт, доказывающий зависимость силы индукционного тока от скорости изменения магнитного поля электромагнита.

Результаты: _________.

Решение.

Для наблюдения явления электромагнитной индукции соберите электрическую цепь по рисунку 1. Покажите собранную цепь учителю. Используя ключ, создайте индукционный ток в катушке, соединённой с миллиамперметром.

Для выполнения задания необходимо собрать две электрические цепи, как показано на рисунке:

1. Первичная цепь, состоящая из источника тока, ключа и катушки-электромагнита, соединенных последовательно. Эта цепь будет создавать магнитное поле.

2. Вторичная цепь, состоящая из второй катушки (катушки-мотка) и миллиамперметра, соединенных последовательно. В этой цепи мы будем наблюдать индукционный ток.

Взаимное расположение катушек должно быть таким, чтобы магнитное поле, создаваемое электромагнитом, пронизывало витки второй катушки.

Чтобы создать индукционный ток, необходимо изменить магнитный поток, проходящий через вторую катушку. Это можно сделать, замыкая или размыкая ключ в первичной цепи. В момент замыкания ключа ток в первичной цепи возрастает, создавая изменяющееся магнитное поле, которое, в свою очередь, порождает индукционный ток во вторичной цепи. Миллиамперметр зафиксирует это как кратковременное отклонение стрелки. При размыкании ключа ток в первичной цепи исчезает, магнитное поле ослабевает, что снова приводит к возникновению кратковременного индукционного тока во вторичной цепи, но уже в противоположном направлении.

Объяснение опыта:

В основе опыта лежит явление электромагнитной индукции, открытое Майклом Фарадеем. Оно заключается в возникновении электрического тока в замкнутом проводящем контуре при любом изменении магнитного потока, пронизывающего этот контур. Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, ЭДС индукции прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока:

$ \mathcal{E}_{ind} = - \frac{\Delta\Phi}{\Delta t} $

где $ \mathcal{E}_{ind} $ — ЭДС индукции, а $ \frac{\Delta\Phi}{\Delta t} $ — скорость изменения магнитного потока.

При замыкании ключа в первичной цепи создается ток, который порождает магнитное поле. Магнитный поток через вторичную катушку изменяется (возрастает), что и вызывает в ней индукционный ток. Как только ток в первичной цепи становится постоянным, магнитный поток перестает меняться, и индукционный ток во вторичной цепи исчезает. При размыкании ключа ток в первичной цепи падает до нуля, магнитный поток уменьшается, что снова приводит к возникновению индукционного тока.

Ответ: Индукционный ток в катушке, соединённой с миллиамперметром, создается путем замыкания или размыкания ключа в цепи электромагнита, что приводит к изменению магнитного потока через катушку.

2*. Придумайте и осуществите опыт, доказывающий зависимость силы индукционного тока от скорости изменения магнитного поля электромагнита.

Для доказательства данной зависимости можно провести следующий эксперимент. Замкнем ключ в цепи электромагнита, чтобы в ней установился постоянный ток и создалось постоянное магнитное поле. Далее будем изменять магнитный поток через вторую катушку с разной скоростью.

1. Будем медленно вдвигать вторую катушку (с миллиамперметром) в катушку-электромагнит. Во время движения магнитный поток через вторую катушку будет изменяться. Заметим, что стрелка миллиамперметра отклонится на небольшую величину, показывая наличие слабого индукционного тока.

2. Вынем вторую катушку. Теперь повторим действие, но будем вдвигать её внутрь электромагнита как можно быстрее. Мы увидим, что стрелка миллиамперметра отклонится на значительно больший угол, что свидетельствует о возникновении индукционного тока большей силы.

Также можно провести обратный опыт — быстро и медленно выдвигать катушку из электромагнита. Результат будет аналогичным: чем быстрее движение, тем больше индукционный ток.

Результаты:

Эксперимент наглядно демонстрирует, что при медленном изменении магнитного потока (медленное движение катушки) возникает индукционный ток малой силы. При быстром изменении магнитного потока (быстрое движение катушки) возникает индукционный ток значительно большей силы. Это доказывает, что сила индукционного тока прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока, пронизывающего контур.

Ответ: Чем быстрее изменяется магнитный поток, пронизывающий катушку (например, за счет более быстрого относительного движения катушек), тем больше сила возникающего в ней индукционного тока, что наблюдается по большему отклонению стрелки миллиамперметра.