Вариант 1, страница 90 - гдз по физике 8 класс дидактические материалы Марон, Марон

Самостоятельные работы. СР-11. Электромагнитные явления - страница 90.

Условие.

Вариант 1

1. Почему катушка с током, подвешенная на гибких проводах, ведёт себя как магнитная стрелка (один конец обращён к югу, другой — к северу)?

2. На прямолинейный проводник длиной 50 см, расположенный перпендикулярно линиям индукции магнитного поля, действует сила 5 Н. Определите магнитную индукцию этого поля, если сила тока в проводнике 20 А.

3. Определите направление силы, действующей на проводник с током, помещённый в магнитное поле так, как показано на рисунке 104.

Рис. 104

Решение.

1. Катушка с током, подвешенная на гибких проводах, ведёт себя как магнитная стрелка, потому что любой проводник с током создает вокруг себя магнитное поле. Катушка, состоящая из множества витков провода, создает достаточно сильное магнитное поле, которое аналогично полю постоянного полосового магнита. У этого электромагнита есть два полюса — северный (N) и южный (S).

Земля также обладает собственным магнитным полем, которое простирается от одного географического полюса к другому. Подобно тому, как магнитная стрелка компаса (маленький магнит) выстраивается вдоль линий магнитного поля Земли, катушка с током, будучи электромагнитом, также испытывает ориентирующее действие этого поля. Северный полюс катушки будет указывать на южный магнитный полюс Земли (который находится вблизи северного географического полюса), а южный полюс катушки — на северный магнитный полюс Земли (вблизи южного географического полюса). В результате катушка поворачивается и устанавливается в направлении север-юг.

Ответ: Катушка с током создает магнитное поле, превращаясь в электромагнит, и взаимодействует с магнитным полем Земли, ориентируясь вдоль его силовых линий, как и магнитная стрелка компаса.

2. Дано

$l = 50 \text{ см}$
$F_A = 5 \text{ Н}$
$I = 20 \text{ А}$
$\alpha = 90^\circ$

Перевод в систему СИ:
$l = 50 \text{ см} = 0.5 \text{ м}$

Найти:

$\text{B}$ - ?

Решение

Сила, действующая на проводник с током в магнитном поле (сила Ампера), определяется по формуле:

$F_A = I \cdot B \cdot l \cdot \sin(\alpha)$

где $\text{I}$ — сила тока в проводнике, $\text{B}$ — магнитная индукция поля, $\text{l}$ — длина проводника, а $\alpha$ — угол между направлением тока и вектором магнитной индукции.

По условию задачи проводник расположен перпендикулярно линиям индукции, следовательно, угол $\alpha = 90^\circ$, а $\sin(90^\circ) = 1$.

Формула упрощается до вида:

$F_A = I \cdot B \cdot l$

Выразим из этой формулы магнитную индукцию $\text{B}$:

$B = \frac{F_A}{I \cdot l}$

Подставим числовые значения и произведем расчет:

$B = \frac{5 \text{ Н}}{20 \text{ А} \cdot 0.5 \text{ м}} = \frac{5 \text{ Н}}{10 \text{ А} \cdot \text{м}} = 0.5 \text{ Тл}$

Ответ: Магнитная индукция поля равна 0.5 Тл.

3. Для определения направления силы, действующей на проводник с током в магнитном поле (силы Ампера), используется правило левой руки.

1. Определяем направление линий магнитной индукции ($\vec{B}$). Они выходят из северного полюса (N) и входят в южный (S). Следовательно, вектор магнитной индукции $\vec{B}$ направлен горизонтально вправо.

2. Определяем направление тока ($\text{I}$). Символ ⊙ (точка в круге) означает, что ток направлен перпендикулярно плоскости рисунка, от нас к наблюдателю (из-за чертежа).

3. Применяем правило левой руки. Располагаем левую руку так, чтобы:

• четыре вытянутых пальца были направлены по току, то есть на нас (из плоскости рисунка);
• линии магнитной индукции ($\vec{B}$), направленные вправо, входили в ладонь. Для этого ладонь нужно повернуть влево.

В таком положении отогнутый на 90 градусов большой палец укажет направление действующей силы Ампера. Он будет направлен вниз.

Ответ: Сила, действующая на проводник, направлена вниз.