Номер 792, страница 124 - гдз по физике 8 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Электромагнитные явления. Действие магнитного поля на проводник с током. Правило левой руки. Индукция магнитного поля. Электрический двигатель - номер 792, страница 124.

Условие.

792. На рисунке 185 изображена установка по изучению магнитного действия тока. Два одинаковых металлических стержня укреплены над столом, и под ними располагается магнитная стрелка.

Рис. 185

Опыт 1. При присоединении кольца 1 к клемме «+» аккумулятора и кольца 2 к клемме «—» магнитная стрелка повернулась на $45^\circ$ к стержню.

Опыт 2. При присоединении колец 1 и 3 к клемме «+», а колец 2 и 4 к клемме «—» стрелка повернулась на $90^\circ$ северным концом от аккумулятора.

Опыт 3. При присоединении колец 1 и 4 к клемме «+», а колец 2 и 3 к клемме «—» стрелка сохранила положение вдоль стержней.

Из предложенного перечня утверждений выберите два верных, являющихся выводами, сделанными на основании трёх проведённых экспериментов. Укажите их номера.

1) Вектор индукции магнитного поля Земли направлен вдоль стержней от стойки B к стойке А.

2) Модуль вектора магнитной индукции зависит от силы тока в стержне.

3) При протекании тока в направлении от стойки А к стойке B вектор магнитной индукции поля, создаваемого током в стержне, направлен справа налево.

4) В опыте 3 было устроено короткое замыкание клемм аккумулятора.

5) При протекании тока по стержням в противоположных направлениях магнитные поля двух токов компенсируют друг друга.

Решение.

Для определения верных утверждений проанализируем результаты каждого опыта.

В исходном состоянии, без тока, магнитная стрелка устанавливается вдоль силовых линий магнитного поля Земли. Опыт 3, в котором токи в стержнях текут в противоположных направлениях, а их магнитные поля компенсируют друг друга, показывает, что стрелка "сохранила положение вдоль стержней". Это означает, что магнитное поле Земли в месте проведения эксперимента направлено вдоль стержней.

В опыте 1 ток течет по одному стержню. Он создает магнитное поле $B_{W}$, вектор индукции которого перпендикулярен стержню. Магнитная стрелка оказывается под действием двух перпендикулярных полей: поля Земли $B_{E}$ (вдоль стержня) и поля тока $B_{W}$ (перпендикулярно стержню). Стрелка устанавливается вдоль результирующего вектора. Угол отклонения стрелки от стержня составил $45^\circ$. Тангенс угла наклона результирующего вектора равен отношению модулей векторов: $ \tan(45^\circ) = \frac{|B_{W}|}{|B_{E}|} $. Поскольку $ \tan(45^\circ) = 1 $, мы можем сделать вывод, что в условиях опыта модуль магнитной индукции поля, созданного током в одном стержне, равен модулю горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли: $ |B_{W}| = |B_{E}| $.

1) Вектор индукции магнитного поля Земли направлен вдоль стержней от стойки B к стойке A.

Как было установлено из опыта 3, вектор индукции магнитного поля Земли действительно направлен вдоль стержней. Однако, чтобы определить его точное направление (от A к B или от B к A), имеющихся данных недостаточно. Результаты опытов 1 и 2 позволяют определить соотношение модулей полей, но не дают однозначной информации о направлении поля Земли. Поэтому данное утверждение не может быть однозначно подтверждено как вывод из эксперимента.
Ответ: Утверждение не является достоверным выводом из экспериментов.

2) Модуль вектора магнитной индукции зависит от силы тока в стержне.

Сравним результаты опытов 1 и 2. В опыте 1 ток течет по одному стержню, и стрелка отклоняется на $45^\circ$. В опыте 2 ток течет по двум стержням в одном направлении, что создает более сильное магнитное поле (эквивалентно увеличению силы тока). В результате стрелка отклоняется на больший угол ($90^\circ$). Поскольку изменение силы тока привело к изменению степени воздействия на стрелку, можно заключить, что модуль вектора магнитной индукции зависит от силы тока.
Ответ: Утверждение является верным выводом из экспериментов.

3) При протекании тока в направлении от стойки A к стойке B вектор магнитной индукции поля, создаваемого током в стержне, направлен справа налево.

Направление "справа налево" зависит от положения наблюдателя, которое не оговорено в задаче. Направление магнитного поля можно определить по правилу правой руки, но без привязки к конкретной системе координат или точке обзора фраза "справа налево" неоднозначна. Экспериментальные данные не позволяют сделать такой конкретный вывод о пространственном направлении.
Ответ: Утверждение не является достоверным выводом из экспериментов.

4) В опыте 3 было устроено короткое замыкание клемм аккумулятора.

Это утверждение описывает способ подключения, а не является выводом из наблюдений за поведением магнитной стрелки. Кроме того, стержни обладают сопротивлением, поэтому с физической точки зрения это не является коротким замыканием (соединением клемм проводником с пренебрежимо малым сопротивлением). Вопрос требует указать именно выводы из эксперимента.
Ответ: Утверждение не является выводом из экспериментов.

5) При протекании тока по стержням в противоположных направлениях магнитные поля двух токов компенсируют друг друга.

В опыте 3 токи в стержнях направлены противоположно. Магнитная стрелка при этом не изменила своего положения, которое она занимает под действием только магнитного поля Земли. Это прямо свидетельствует о том, что суммарное магнитное поле от токов в стержнях в точке расположения стрелки равно нулю. Следовательно, их магнитные поля скомпенсировали друг друга. Это прямой и однозначный вывод из опыта 3.
Ответ: Утверждение является верным выводом из экспериментов.

Таким образом, верными являются утверждения 2 и 5.