Номер 1, страница 153 - гдз по физике 8 класс учебник Кронгарт, Насохова

1. Проведите опыты, показывающие перераспределение магнитных опилок в поле постоянных магнитов и объясните полученные результаты.

1. Решение:

Для визуализации магнитного поля постоянных магнитов используют мелкие железные опилки. Каждая опилка, попадая в магнитное поле, намагничивается и превращается в крошечную магнитную стрелку. Эти стрелочки-опилки выстраиваются вдоль силовых линий магнитного поля, позволяя увидеть их форму и направление. Силовые линии магнитного поля — это воображаемые линии, вдоль которых расположились бы северные полюсы маленьких магнитных стрелок, помещенных в поле. По соглашению, они выходят из северного полюса (N) магнита и входят в южный (S). Густота линий характеризует силу поля: где линии гуще, там поле сильнее.

Рассмотрим несколько опытов.

Опыт 1: Магнитное поле одиночного полосового магнита

Проведение опыта: На ровную поверхность помещается полосовой магнит. Сверху он накрывается листом картона или стекла. На лист равномерно насыпаются железные опилки. Чтобы уменьшить трение и позволить опилкам свободно ориентироваться, по листу можно слегка постучать.

Результат: Железные опилки перераспределяются и образуют упорядоченную картину из изогнутых линий. Эти линии выходят из одного конца магнита (полюса), изгибаются в пространстве и входят в другой полюс. Наибольшая концентрация опилок наблюдается у полюсов магнита, где линии расположены наиболее густо. По мере удаления от полюсов линии становятся реже.

Объяснение: Картина из опилок наглядно демонстрирует силовые линии магнитного поля полосового магнита. Каждая отдельная опилка, будучи ферромагнетиком, намагничивается в поле и ориентируется вдоль вектора магнитной индукции $\vec{B}$. Совокупность опилок образует цепочки, которые и показывают направление силовых линий. Линии выходят из северного полюса (N) и входят в южный (S), замыкаясь внутри магнита. Сгущение линий у полюсов говорит о том, что в этих областях магнитное поле наиболее сильное. Фундаментальным свойством магнитного поля является то, что его силовые линии никогда не пересекаются.

Ответ: В опыте с одиночным магнитом железные опилки выстраиваются вдоль замкнутых силовых линий, которые выходят из северного полюса и входят в южный, наглядно демонстрируя картину магнитного поля. Наибольшая концентрация опилок у полюсов указывает на максимальную силу поля в этих областях.

Опыт 2: Магнитное поле двух магнитов, обращенных друг к другу разноименными полюсами (притяжение)

Проведение опыта: Два полосовых магнита располагаются на столе так, чтобы их разноименные полюсы (например, северный одного и южный другого) были обращены друг к другу с небольшим зазором. Конструкция накрывается листом картона, на который насыпаются опилки, после чего по листу слегка постукивают.

Результат: В пространстве между полюсами опилки выстраиваются в практически прямые, густые линии, которые соединяют северный полюс одного магнита с южным полюсом другого. Это создает впечатление, что поле "перетекает" от одного магнита к другому.

Объяснение: Силовые линии магнитного поля, выходя из северного полюса одного магнита, замыкаются на южном полюсе другого. Таким образом, между магнитами образуется область сильного магнитного поля, которое и обеспечивает их взаимное притяжение. Густые линии из опилок в зазоре наглядно визуализируют это сильное поле.

Ответ: При взаимодействии разноименных полюсов железные опилки образуют линии, соединяющие полюса магнитов, что визуализирует силу притяжения и показывает, что силовые линии переходят с одного магнита на другой, создавая сильное поле в зазоре.

Опыт 3: Магнитное поле двух магнитов, обращенных друг к другу одноименными полюсами (отталкивание)

Проведение опыта: Два полосовых магнита располагаются на столе так, чтобы их одноименные полюсы (например, северный и северный) были обращены друг к другу с небольшим зазором. Сверху помещается лист картона с опилками.

Результат: Силовые линии, видимые благодаря опилкам, выходят из каждого полюса и резко изгибаются в стороны, как бы отталкиваясь друг от друга. Между полюсами образуется область, где опилок почти нет (нейтральная зона).

Объяснение: Поскольку силовые линии не могут пересекаться, а в данном случае они выходят из обоих полюсов и направлены друг от друга, они изгибаются, что и создает картину отталкивания. В центральной точке между полюсами магнитные поля от двух магнитов направлены в противоположные стороны и компенсируют друг друга. В этой точке суммарный вектор магнитной индукции близок к нулю ($ \vec{B}_{общ} = \vec{B}_1 + \vec{B}_2 \approx 0 $), поэтому на опилки не действует ориентирующая сила, и они там не скапливаются.

Ответ: При взаимодействии одноименных полюсов железные опилки показывают, что силовые линии отталкиваются друг от друга, изгибаясь в стороны. Между полюсами возникает область со слабым полем, где опилки не концентрируются, что демонстрирует силу отталкивания.

Опыт 4: Магнитное поле подковообразного магнита

Проведение опыта: Подковообразный магнит кладется на стол, накрывается листом картона, на который насыпаются опилки.

Результат: В пространстве между полюсами магнита (в зазоре) опилки выстраиваются в практически параллельные прямые линии, идущие от одного полюса к другому. С внешней стороны полюсов картина линий напоминает поле полосового магнита.

Объяснение: Подковообразный магнит сконструирован таким образом, чтобы создать очень сильное и почти однородное магнитное поле в зазоре между его полюсами. Однородное поле — это поле, в котором вектор магнитной индукции $\vec{B}$ одинаков по модулю и направлению во всех точках. Параллельные и равномерно расположенные линии опилок в зазоре как раз и являются признаком такого поля. Эта особенность широко используется в электроизмерительных приборах и электродвигателях.

Ответ: В зазоре между полюсами подковообразного магнита железные опилки образуют параллельные линии, что свидетельствует о создании сильного и однородного магнитного поля в этой области. Снаружи полюсов поле является неоднородным.