Экспериментальное задание 17.2, страница 76 - гдз по физике 8 класс учебник Кабардин

Экспериментальное задание 17.2

Работаем в паре

Исследование действия электрического тока в катушке на магнитную стрелку

Оборудование: источник постоянного тока напряжением $4 \, \text{В}$, катушка из медного провода, ключ, компас.

Изучите влияние электрического тока в катушке на магнитную стрелку компаса.

Порядок выполнения задания

1. Положите компас на стол и расположите перед ним катушку из медного провода так, чтобы плоскость витков катушки была параллельна направлению стрелки (рис. 17.7). Убедитесь в том, что катушка без тока не влияет на магнитную стрелку.

2. Подключите концы проводов катушки к источнику постоянного тока через ключ. Посмотрите, что происходит со стрелкой компаса при прохождении тока в катушке (рис. 17.8).

3. Выполните рисунок, укажите на нём направление тока в катушке и направление стрелки при включении тока.

4. Поверните катушку вокруг вертикальной оси на $180^\circ$ и повторите опыт (рис. 17.9). Сделайте новый рисунок.

5. Повторите опыт при изменении направления тока в проводе.

6. Сформулируйте общее правило определения направления силовых линий магнитного поля вокруг катушки с током. Сравните сформулированное правило с общепринятым правилом, которое называют правилом винта.

Рис. 17.7

Рис. 17.8

Рис. 17.9

1. Положите компас на стол и расположите перед ним катушку из медного провода так, чтобы плоскость витков катушки была параллельна направлению стрелки (рис. 17.7). Убедитесь в том, что катушка без тока не влияет на магнитную стрелку.

В начальном состоянии, когда электрическая цепь разомкнута и ток отсутствует, магнитная стрелка компаса ориентируется в соответствии с магнитным полем Земли, указывая северным полюсом на географический север. Катушка из медного провода, являясь немагнитным объектом, не оказывает влияния на показания компаса, и стрелка сохраняет свое положение. Это подтверждает, что наблюдаемые в дальнейшем эффекты будут вызваны именно электрическим током.

Ответ: При отсутствии тока катушка не влияет на магнитную стрелку компаса, которая указывает на север.

2. Подключите концы проводов катушки к источнику постоянного тока через ключ. Посмотрите, что происходит со стрелкой компаса при прохождении тока в катушке (рис. 17.8).

После замыкания ключа по виткам катушки начинает протекать постоянный электрический ток. В результате катушка создает собственное магнитное поле. Это поле взаимодействует с магнитной стрелкой компаса, которая является маленьким магнитом. Как показано на рисунке 17.8, стрелка резко отклоняется от своего первоначального положения (север-юг) и устанавливается перпендикулярно плоскости витков катушки, указывая на запад. Это свидетельствует о том, что магнитное поле, созданное током в катушке, направлено на запад и является доминирующим по сравнению с магнитным полем Земли.

Ответ: При прохождении тока через катушку магнитная стрелка компаса отклоняется и указывает на запад.

3. Выполните рисунок, укажите на нём направление тока в катушке и направление стрелки при включении тока.

Наблюдение показывает, что северный полюс магнитной стрелки указывает на запад. Это и есть направление вектора магнитной индукции поля, созданного катушкой. Для определения направления тока в витках катушки воспользуемся правилом правой руки. Если направить большой палец правой руки в сторону, куда указывает северный полюс стрелки (на запад), то четыре согнутых пальца покажут направление тока в витках катушки.

Таким образом, на схематическом рисунке необходимо изобразить:

1. Стрелку компаса, направленную на запад (W).

2. Катушку, плоскость которой вертикальна и ориентирована в направлении север-юг.

3. Направление тока в витках: в верхней части катушки ток должен течь с севера на юг, а в нижней — с юга на север. Если наблюдать катушку с восточной стороны, ток будет течь по часовой стрелке.

Ответ: На рисунке стрелка компаса указывает на запад. Направление тока в верхней части катушки — с севера на юг, в нижней — с юга на север.

4. Поверните катушку вокруг вертикальной оси на 180° и повторите опыт (рис. 17.9). Сделайте новый рисунок.

Поворот катушки на 180° вокруг вертикальной оси приводит к тому, что её стороны, обращенные к северу и югу, меняются местами. Направление тока в проводах, подводящих его к катушке, не изменилось, поэтому направление тока относительно витков самой катушки осталось прежним. Однако из-за поворота самой катушки направление тока относительно сторон света изменилось на противоположное. Теперь в верхней части катушки ток течет с юга на север, а в нижней — с севера на юг. Согласно правилу правой руки, это приведет к изменению направления магнитного поля на 180°. Теперь оно будет направлено на восток. Магнитная стрелка компаса, как видно на рисунке 17.9, поворачивается и указывает своим северным полюсом на восток (E).

Ответ: После поворота катушки на 180° магнитная стрелка указывает на восток.

5. Повторите опыт при изменении направления тока в проводе.

Если в первоначальной установке (пункт 2) изменить направление тока на противоположное, поменяв местами клеммы на источнике питания, то, согласно правилу правой руки, направление создаваемого магнитного поля также изменится на противоположное. Так как в первом опыте поле было направлено на запад, то при обратном токе оно будет направлено на восток. В результате магнитная стрелка компаса отклонится и установится в направлении на восток, так же, как в опыте из пункта 4.

Ответ: При изменении направления тока на противоположное магнитная стрелка указывает на восток.

6. Сформулируйте общее правило определения направления силовых линий магнитного поля вокруг катушки с током. Сравните сформулированное правило с общепринятым правилом, которое называют правилом винта.

На основе проведенных экспериментов можно сформулировать следующее правило для определения направления магнитного поля катушки с током (правило правой руки): если обхватить катушку ладонью правой руки так, чтобы четыре пальца были направлены вдоль тока в витках, то отставленный на 90° большой палец укажет направление силовых линий магнитного поля (и северного полюса) внутри катушки.

Сравним это правило с правилом винта (или буравчика). Оно гласит: если направление вращения рукоятки винта совпадает с направлением тока в витке, то направление поступательного движения острия винта совпадает с направлением магнитного поля внутри витка.

Эти два правила являются эквивалентными. Например, при вращении стандартного (правого) винта по часовой стрелке он движется вперед (от нас). Аналогично, если направить четыре пальца правой руки по часовой стрелке, большой палец будет указывать вперед (от нас). Таким образом, сформулированное правило полностью соответствует общепринятому правилу винта.

Ответ: Направление магнитного поля внутри катушки можно определить по правилу правой руки или правилу винта. Оба правила эквивалентны и показывают, что направление поля зависит от направления тока в витках.