Вариант 5, страница 91 - гдз по физике 8 класс дидактические материалы Марон, Марон

Самостоятельные работы. СР-11. Электромагнитные явления - страница 91.

Условие.

Вариант 5

1. Каким образом можно усилить магнитное поле катушки с током?

2. В магнитном поле с индукцией $2,5 \text{ Тл}$ находится проводник длиной $40 \text{ см}$, расположенный перпендикулярно силовым линиям. Какая сила действует на проводник, если сила тока в нём $4 \text{ А}$?

3. В каком направлении будет перемещаться магнит, подвешенный над соленоидом, при включении тока (рис. 110)?

Рис. 110

Решение.

1. Каким образом можно усилить магнитное поле катушки с током?

Магнитное поле катушки с током (соленоида) характеризуется вектором магнитной индукции $\text{B}$. Величина магнитной индукции внутри длинного соленоида определяется формулой $B = \mu_0 \mu n I$, где $\mu_0$ — магнитная постоянная, $\mu$ — магнитная проницаемость сердечника, $\text{n}$ — число витков на единицу длины катушки, $\text{I}$ — сила тока в катушке. Исходя из этой формулы, усилить магнитное поле катушки можно тремя основными способами.

Во-первых, можно увеличить силу тока $\text{I}$ в катушке, так как магнитное поле прямо пропорционально силе тока. Во-вторых, можно увеличить число витков на единицу длины катушки $\text{n}$, что достигается либо увеличением общего числа витков, либо более плотной намоткой. В-третьих, можно ввести внутрь катушки сердечник из ферромагнитного материала (например, железа), который обладает очень высокой магнитной проницаемостью ($\mu \gg 1$) и значительно усиливает поле.

Ответ: Усилить магнитное поле катушки с током можно: увеличением силы тока в ней, увеличением числа витков на её единицу длины или введением внутрь катушки железного сердечника.

2. В магнитном поле с индукцией 2,5 Тл находится проводник длиной 40 см, расположенный перпендикулярно силовым линиям. Какая сила действует на проводник, если сила тока в нём 4 А?

Дано:

$B = 2,5$ Тл
$l = 40$ см
$I = 4$ А
$\alpha = 90^\circ$

$l = 40 \text{ см} = 0,4 \text{ м}$

Найти:

$\text{F}$

Решение:

На проводник с током в магнитном поле действует сила Ампера. Величина этой силы определяется по формуле:

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

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

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

Подставим числовые значения в формулу:

$F = 4 \text{ А} \cdot 2,5 \text{ Тл} \cdot 0,4 \text{ м} \cdot \sin(90^\circ)$

$F = 4 \cdot 2,5 \cdot 0,4 \cdot 1 = 10 \cdot 0,4 = 4$ Н

Ответ: На проводник действует сила 4 Н.

3. В каком направлении будет перемещаться магнит, подвешенный над соленоидом, при включении тока (рис. 110)?

Решение:

Для определения направления движения магнита необходимо сначала определить направление магнитного поля соленоида, а затем — характер взаимодействия этого поля с полем постоянного магнита.

1. Определим направление магнитного поля соленоида. Ток в цепи течет от положительного полюса источника («+») к отрицательному («−»). Судя по схеме намотки на рисунке, ток в витках на передней стороне соленоида направлен вверх.

2. Воспользуемся правилом правой руки для соленоида: если обхватить соленоид ладонью правой руки так, чтобы четыре пальца были направлены по току в витках, то отставленный большой палец покажет направление на северный полюс (N) электромагнита.

3. Применяя это правило к нашему случаю (направляем четыре пальца вверх по передней стороне катушки), видим, что большой палец указывает вверх. Следовательно, верхний торец соленоида становится северным полюсом (N), а нижний — южным (S).

4. Над соленоидом висит постоянный магнит, южный полюс (S) которого обращен вниз, к соленоиду.

5. Таким образом, при включении тока северный полюс (N) соленоида будет находиться напротив южного полюса (S) постоянного магнита. Как известно, разноименные полюса магнитов притягиваются друг к другу.

В результате этого притяжения подвешенный магнит начнет двигаться вниз, в сторону соленоида.

Ответ: Магнит будет перемещаться вниз (притягиваться к соленоиду).