Номер 3, страница 173 - гдз по физике 8 класс учебник Кронгарт, Насохова

3. Полосовой магнит подвесили к пружине и заставили колебаться. При этом свободным концом он входит и выходит в катушку индуктивности, клеммы которой присоединены к осциллографу (рис. 35.10). Что означает картина, наблюдаемая на экране осциллографа? (Осциллограф — это прибор, позволяющий наблюдать колебательные процессы).

Рис. 35.10

Решение

В данном эксперименте наблюдается явление электромагнитной индукции. Когда полосовой магнит, подвешенный на пружине, совершает колебания, он входит в катушку индуктивности и выходит из нее. Это приводит к изменению магнитного потока, пронизывающего витки катушки.

Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, изменение магнитного потока $\Phi$ во времени $t$ приводит к возникновению в катушке электродвижущей силы (ЭДС) индукции $\mathcal{E}_{i}$:

$\mathcal{E}_{i} = -N \frac{d\Phi}{dt}$

где $N$ — число витков в катушке. ЭДС индукции — это, по сути, напряжение, возникающее на клеммах катушки.

Движение магнита на пружине является колебательным. Это означает, что его скорость постоянно меняется: она максимальна при прохождении положения равновесия и равна нулю в крайних точках (верхней и нижней). Скорость изменения магнитного потока $\frac{d\Phi}{dt}$ прямо пропорциональна скорости движения магнита. Следовательно, индуцируемая ЭДС также будет изменяться колебательным образом:

• Когда магнит движется с максимальной скоростью (вниз или вверх), ЭДС индукции достигает своего максимального по модулю значения.
• Когда магнит на мгновение останавливается в крайних точках своей траектории, его скорость равна нулю, и ЭДС индукции также становится равной нулю.
• Направление ЭДС (ее знак) зависит от направления движения магнита (входит он в катушку или выходит из нее), в соответствии с правилом Ленца.

Осциллограф — это прибор, который показывает график зависимости напряжения от времени. Напряжение, подаваемое на осциллограф с клемм катушки, — это и есть ЭДС индукции $\mathcal{E}_{i}$.

Таким образом, на экране осциллографа наблюдается график зависимости индуцированной в катушке ЭДС от времени. Поскольку движение магнита и, следовательно, изменение ЭДС являются периодическими, на экране будет видна периодическая волна (по форме близкая к синусоиде). Эта кривая наглядно демонстрирует колебания напряжения (ЭДС) в катушке, вызванные механическими колебаниями магнита.

Ответ: Картина, наблюдаемая на экране осциллографа, — это график зависимости электродвижущей силы (ЭДС) индукции, возникающей в катушке, от времени. Эта кривая показывает, как напряжение на клеммах катушки периодически изменяется из-за колебательного движения магнита.