Экспериментальное задание 19.1, страница 82 - гдз по физике 8 класс учебник Кабардин

Экспериментальное задание 19.1

Работаем в группе

Исследование действия магнитного поля на проводник с током

Оборудование: источник постоянного тока, два провода со штекерами, штатив, П-образный провод (рамка), ключ.

Исследуйте, от чего зависит сила, действующая со стороны магнитного поля на проводник с током.

$I=0$

$F=0$

Рис. 19.2

Рис. 19.3

Порядок выполнения задания

1. Укрепите на штативе штекеры двух проводов и положите на них зачищенные концы проводника-рамки. Установите под горизонтальным участком рамки вертикально снизу северный полюс магнита (рис. 19.2).

2. Замкните ключ и заметьте направление отклонения рамки (рис. 19.3). Определите, как связано направление вектора силы, действующей со стороны магнитного поля на прямолинейный горизонтальный участок проводника вблизи полюса магнита, с направлением тока в проводнике и направлением силовых линий магнитного поля. Чтобы сформулировать правило определения направления магнитной силы на проводник с током, левую руку расположите так, чтобы силовые линии магнитного поля входили перпендикулярно в ладонь, а четыре распрямлённых пальца были расположены параллельно направлению тока в проводнике. Большой палец расположите в плоскости ладони перпендикулярно остальным четырём. Как связаны между собой направление вектора магнитной силы и направление, которое указывает большой палец?

3. Установите южный полюс магнита под горизонтальным участком рамки (рис. 19.4). Замкните ключ и повторите опыт (рис. 19.5). Проверьте, применимо ли полученное в первом опыте правило определения направления магнитной силы на проводник с током в этом случае.

4. Оставив магнит в прежнем положении, поменяйте направление электрического тока в рамке. Пронаблюдайте, изменилось ли направление отклонения рамки. Проверьте, применимо ли полученное в первом опыте правило определения направления магнитной силы на проводник с током в этом случае.

5. Поместите горизонтальный участок проволочной рамки между разноимёнными полюсами магнитов так, чтобы направление электрического тока в рамке было параллельно силовым линиям магнитного поля. Пронаблюдайте, действует ли в этом случае магнитное поле на проводник.

6. Повторите опыт п. 3, установив под горизонтальным участком рамки два магнита. Увеличивается ли сила магнитного действия на проводник с током при усилении магнитного поля?

7. Увеличением напряжения на концах рамки увеличьте силу тока в проводнике. Увеличивается ли сила магнитного действия на проводник с током при увеличении силы тока в проводнике?

8. Возьмите другую рамку с меньшей длиной горизонтального участка проводника и повторите опыт. Уменьшается ли сила магнитного действия на проводник с током при уменьшении длины проводника?

$I=0$

$F=0$

Рис. 19.4

Рис. 19.5

2. Направление вектора силы (силы Ампера), действующей со стороны магнитного поля на проводник с током, перпендикулярно и направлению тока в проводнике, и направлению силовых линий магнитного поля (вектору магнитной индукции). Это направление определяется с помощью правила левой руки. Направление вектора магнитной силы совпадает с направлением, на которое указывает отогнутый на 90° большой палец левой руки, если четыре вытянутых пальца направить по току, а линии магнитного поля будут входить в ладонь.

Ответ: Направление вектора магнитной силы совпадает с направлением, которое указывает большой палец левой руки при применении правила левой руки.

3. Да, полученное в первом опыте правило (правило левой руки) применимо и в этом случае. При замене северного полюса магнита на южный направление силовых линий магнитного поля меняется на противоположное (теперь они направлены вниз). Согласно правилу левой руки, если ладонь расположить так, чтобы в нее входили линии поля (т.е. ладонью вверх), а четыре пальца направить по току, то большой палец укажет новое направление силы — в противоположную сторону по сравнению с первым опытом (влево, как на рис. 19.5). Это совпадает с наблюдаемым отклонением рамки.

Ответ: Да, правило применимо.

4. При изменении направления электрического тока на противоположное, направление отклонения рамки также изменится на противоположное. Правило левой руки остается применимым. Если поменять направление тока (направление четырех пальцев), то направление силы (направление большого паца) также изменится на противоположное, что и будет наблюдаться в эксперименте.

Ответ: Да, направление отклонения рамки изменится на противоположное. Да, правило левой руки применимо и в этом случае.

5. Сила, действующая на проводник с током в магнитном поле, называется силой Ампера и определяется по формуле $F_A = I \cdot l \cdot B \cdot \sin(\alpha)$, где $\alpha$ — угол между направлением тока и вектором магнитной индукции. Если направление тока параллельно силовым линиям магнитного поля, то угол $\alpha$ равен $0^\circ$ или $180^\circ$. В обоих случаях $\sin(\alpha) = 0$, и, следовательно, сила Ампера $F_A = 0$. Таким образом, в этом случае магнитное поле не действует на проводник.

Ответ: Нет, в этом случае магнитное поле на проводник не действует.

6. Использование двух магнитов вместо одного приводит к усилению магнитного поля, то есть к увеличению модуля вектора магнитной индукции $\text{B}$. Так как сила Ампера прямо пропорциональна величине магнитной индукции ($F_A \propto B$), то при усилении магнитного поля сила, действующая на проводник с током, увеличивается.

Ответ: Да, сила магнитного действия на проводник с током увеличивается.

7. Согласно закону Ома, увеличение напряжения на концах рамки приводит к увеличению силы тока $\text{I}$ в проводнике. Сила Ампера прямо пропорциональна силе тока ($F_A \propto I$). Следовательно, при увеличении силы тока в проводнике сила магнитного действия на него также увеличивается.

Ответ: Да, сила магнитного действия на проводник с током увеличивается.

8. Сила Ампера прямо пропорциональна длине $\text{l}$ участка проводника, находящегося в магнитном поле ($F_A \propto l$). Поэтому при использовании рамки с меньшей длиной горизонтального участка, то есть при уменьшении длины $\text{l}$, сила магнитного действия на проводник с током уменьшается.

Ответ: Да, сила магнитного действия на проводник с током уменьшается.