Страница 182 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин, Иванов

1. Почему для изучения магнитного поля можно использовать железные опилки?

1. Почему для изучения магнитного поля можно использовать железные опилки?

Для изучения магнитного поля можно использовать железные опилки, потому что железо является ферромагнетиком. Ферромагнетики — это вещества, которые обладают свойством сильно намагничиваться при внесении во внешнее магнитное поле.

Когда мелкие железные опилки попадают в магнитное поле, каждая из них под его действием превращается в крошечный постоянный магнит (магнитный диполь) со своим северным и южным полюсами. Эти маленькие магнитики-опилки ведут себя подобно стрелке компаса: они поворачиваются и ориентируются таким образом, чтобы их собственная ось совпала по направлению с силовой линией внешнего магнитного поля в той точке, где они находятся.

Совокупность множества таких ориентированных опилок и позволяет визуализировать невидимую картину силовых линий магнитного поля.

Ответ: Железные опилки можно использовать для изучения магнитного поля, так как они, будучи ферромагнетиком, намагничиваются в поле и каждая частица ведёт себя как магнитная стрелка, ориентируясь вдоль линий магнитной индукции и делая их видимыми.

2. Как располагаются железные опилки в магнитном поле?

В магнитном поле железные опилки располагаются не случайным образом, а формируют чёткий узор, называемый спектром магнитного поля. После того как каждая опилка намагнитилась и стала маленьким диполем, они начинают взаимодействовать не только с внешним полем, но и друг с другом.

Разноимённые полюса соседних опилок притягиваются, в результате чего они выстраиваются в непрерывные изогнутые цепочки. Эти цепочки располагаются строго вдоль силовых линий магнитного поля (линий вектора магнитной индукции $ \vec{B} $). Таким образом, узор из опилок в точности повторяет конфигурацию магнитных линий.

Кроме того, густота расположения опилок даёт представление о силе поля: там, где силовые линии расположены гуще (например, у полюсов магнита), поле сильнее, и опилки концентрируются в большем количестве. В областях, где поле слабее, линии на картине располагаются реже.

Ответ: Железные опилки в магнитном поле располагаются вдоль его силовых линий, образуя цепочки, которые наглядно показывают картину (спектр) и направление линий магнитного поля, а их густота указывает на интенсивность поля.

2. Как располагаются железные опилки в магнитном поле прямого тока?

1. Для чего используют железные опилки?

Железные опилки — это очень мелкие частицы железа. Поскольку железо является ферромагнетиком, при внесении в магнитное поле каждая опилка намагничивается и превращается в крошечную магнитную стрелку (магнитный диполь). Эти микромагниты ориентируются вдоль направления силовых линий внешнего магнитного поля. Выстраиваясь друг за другом, они образуют видимые цепочки, которые повторяют форму и распределение магнитных линий. Таким образом, основное применение железных опилок в физике — это наглядная визуализация картины магнитных полей, позволяющая увидеть их конфигурацию.

Ответ: Железные опилки — это мелкие частицы ферромагнитного материала (железа), которые используются для визуализации формы и направления линий магнитного поля, так как в поле они намагничиваются и выстраиваются вдоль этих линий.

2. Как располагаются железные опилки в магнитном поле прямого тока?

Прямой проводник, по которому протекает электрический ток, создает вокруг себя магнитное поле. Если сквозь горизонтальный лист картона пропустить вертикальный проводник с током и насыпать на картон железные опилки, они расположатся определенным образом. Под действием магнитного поля опилки выстроятся вдоль его силовых линий. В случае прямого тока картина силовых линий представляет собой концентрические окружности, лежащие в плоскости, перпендикулярной проводнику. Центр этих окружностей совпадает с осью провода. Густота расположения опилок будет наибольшей вблизи провода и будет уменьшаться по мере удаления от него, что свидетельствует об ослаблении магнитного поля с расстоянием.

Ответ: В магнитном поле прямого тока железные опилки располагаются по концентрическим окружностям, в центре которых находится проводник с током.

3. Что называют магнитной линией?

Магнитной линией (или линией магнитной индукции) называют воображаемую линию, используемую для графического изображения магнитного поля. Касательная, проведенная к магнитной линии в любой ее точке, совпадает по направлению с вектором магнитной индукции $ \vec{B} $ в этой точке. По соглашению, направление магнитных линий указывает направление, в котором бы сориентировался северный полюс магнитной стрелки, помещенной в данную точку поля. Это означает, что вне магнита линии направлены от северного полюса (N) к южному (S). Густота линий характеризует интенсивность поля: там, где линии расположены гуще, магнитное поле сильнее. Важнейшим свойством магнитных линий является то, что они всегда замкнуты, то есть не имеют ни начала, ни конца, что отражает отсутствие в природе магнитных зарядов (монополей).

Ответ: Магнитной линией называют воображаемую линию, касательная к которой в каждой точке совпадает с направлением вектора магнитной индукции, а густота линий характеризует величину (модуль) поля.

4. Для чего служат магнитные линии?

Магнитные линии служат для наглядного качественного описания и анализа магнитных полей. Это удобный графический инструмент, который позволяет визуализировать структуру поля в пространстве. С помощью картины магнитных линий можно легко определить ключевые характеристики поля:

• Направление поля: Вектор магнитной индукции $ \vec{B} $ в любой точке направлен по касательной к магнитной линии, проходящей через эту точку.
• Силу поля: Модуль вектора магнитной индукции (сила поля) пропорционален густоте расположения линий. В областях, где линии сгущаются, поле сильнее, а где они расходятся — слабее.
• Однородность поля: Если магнитные линии параллельны друг другу и расположены с одинаковой густотой, то поле в этой области является однородным.

Таким образом, магнитные линии помогают представить, как распределено магнитное поле и как оно будет действовать на помещенные в него объекты.

Ответ: Магнитные линии служат для наглядного графического представления магнитных полей, чтобы можно было качественно определять направление и величину поля в разных точках пространства.

3. Что называют магнитной линией?

3. Магнитной линией (также называемой линией магнитной индукции) является воображаемая линия, используемая для наглядного графического представления магнитного поля. Эти линии вводятся таким образом, что они обладают рядом ключевых свойств, полностью характеризующих поле.

• В любой точке пространства касательная к магнитной линии совпадает по направлению с вектором магнитной индукции $ \vec{B} $ в этой же точке. Таким образом, если в какую-либо точку магнитного поля поместить маленькую магнитную стрелку, она сориентируется вдоль проходящей через эту точку магнитной линии.
• Густота (плотность) расположения магнитных линий характеризует интенсивность (модуль) магнитного поля. Там, где линии расположены гуще, магнитное поле сильнее, и наоборот, где линии реже — поле слабее.
• Магнитные линии всегда являются замкнутыми кривыми. Они не имеют ни начала, ни конца. Это свойство является фундаментальным и отражает тот факт, что в природе не существует магнитных зарядов (монополей), аналогичных электрическим зарядам.
• По общепринятому соглашению, направление магнитных линий вне магнита — от северного полюса (N) к южному (S). Внутри самого магнита линии продолжаются от южного полюса к северному, образуя замкнутый контур.
• Магнитные линии никогда не пересекаются, так как в каждой точке пространства вектор магнитной индукции имеет только одно определённое направление. Пересечение линий означало бы, что в одной точке вектор $ \vec{B} $ направлен сразу в две разные стороны, что физически невозможно.

Таким образом, картина магнитных линий позволяет качественно описать структуру и характеристики магнитного поля в пространстве.

Ответ: Магнитной линией называют воображаемую линию, касательная к которой в каждой ее точке совпадает с направлением вектора магнитной индукции $ \vec{B} $.

4. Для чего вводят понятие магнитной линии?

3. Что называют магнитной линией?

Магнитными линиями (или линиями магнитной индукции) называют условные воображаемые линии, которые используются для наглядного графического изображения магнитного поля. Их проводят так, чтобы касательная к линии в любой ее точке указывала направление вектора магнитной индукции $ \vec{B} $ в этой точке. Густота расположения линий характеризует интенсивность (модуль) магнитного поля: чем гуще расположены линии, тем поле сильнее. Важнейшие свойства магнитных линий: они всегда замкнуты (не имеют ни начала, ни конца, что отражает отсутствие в природе магнитных зарядов) и никогда не пересекаются друг с другом (так как в одной точке поля вектор индукции не может иметь два разных направления). Условно принято, что вне магнита линии направлены от северного полюса (N) к южному (S), а внутри магнита — от южного к северному, замыкаясь.

Ответ: Магнитная линия — это воображаемая замкнутая линия, касательная к которой в каждой точке совпадает по направлению с вектором магнитной индукции, а густота линий характеризует силу поля.

4. Для чего вводят понятие магнитной линии?

Понятие магнитной линии вводится в физику с основной целью — для визуализации магнитного поля. Поскольку магнитное поле невидимо для человеческого глаза, его сложно воспринимать и анализировать. Магнитные линии создают наглядную картину, которая позволяет:

• Определить направление магнитного поля в любой точке пространства (по касательной к линии).
• Оценить силу (интенсивность) магнитного поля (по густоте линий).
• Понять общую структуру поля (например, однородное оно или неоднородное, как оно изменяется вокруг источника).

Таким образом, магнитные линии являются мощным инструментом для качественного описания и анализа магнитных полей и явлений, связанных с ними, делая их изучение более простым и интуитивно понятным.

Ответ: Понятие магнитной линии вводят для наглядного графического представления (визуализации) магнитного поля, чтобы можно было легко определить его направление, структуру и относительную силу в разных точках пространства.

5. Опишите опыт, позволяющий увидеть магнитные линии.

Классический опыт для визуализации магнитных линий проводится с использованием железных опилок.

Необходимое оборудование: полосовой (или подковообразный) магнит, лист плотного картона или оргстекла, мелкие железные опилки.

Ход опыта:

1. Магнит кладется на горизонтальную поверхность, например, на стол.
2. Сверху на магнит помещается лист картона так, чтобы он полностью покрывал магнит.
3. На лист картона из солонки или через сито аккуратно и равномерно насыпается тонкий слой железных опилок.
4. Для лучшего выстраивания опилок по линиям следует слегка постучать пальцем по листу картона.

Наблюдение и объяснение: Железные опилки, являясь ферромагнетиками, намагничиваются в поле постоянного магнита и каждая из них превращается в крошечную магнитную стрелку. Эти микромагниты ориентируются вдоль направления силовых линий поля, образуя цепочки. Совокупность этих цепочек формирует видимый узор, который и является картиной магнитных линий. Можно отчетливо увидеть, как линии выходят из одного полюса магнита и входят в другой, а их наибольшая густота наблюдается у полюсов, где магнитное поле наиболее сильное.

Ответ: Чтобы увидеть магнитные линии, на картон, под которым находится магнит, насыпают железные опилки; опилки намагничиваются и выстраиваются вдоль линий поля, делая их видимыми.

5. Опишите опыт, позволяющий показать, что направление магнитных линий связано с направлением тока в проводнике.

5. Чтобы экспериментально показать, что направление магнитных линий связано с направлением тока в проводнике, можно провести следующий опыт, известный как опыт Эрстеда.

Необходимое оборудование: источник постоянного тока (например, аккумулятор), прямой проводник, реостат для регулировки силы тока, ключ (выключатель), несколько небольших магнитных стрелок (компасов).

Ход опыта:

1. Расположим прямой проводник вертикально, пропустив его через лист картона. На картон вокруг проводника разместим несколько магнитных стрелок.

2. При разомкнутом ключе ток в проводнике отсутствует. Магнитные стрелки ориентируются в одном направлении — вдоль магнитных линий Земли, указывая на северный магнитный полюс.

3. Замкнем ключ. По проводнику потечет электрический ток, например, в направлении снизу вверх. Мы увидим, что все магнитные стрелки, расположенные вокруг проводника, повернутся и расположатся по касательным к концентрическим окружностям с центром в точке прохождения проводника. Северные полюсы стрелок укажут направление магнитных линий. В данном случае, если смотреть сверху, они будут направлены против часовой стрелки.

4. Изменим направление тока в проводнике на противоположное (сверху вниз), поменяв полярность подключения к источнику тока. Мы заметим, что все магнитные стрелки повернутся на 180 градусов. Теперь их северные полюсы будут указывать в противоположном направлении, то есть по часовой стрелке, если смотреть сверху.

Вывод: Этот опыт наглядно демонстрирует, что вокруг проводника с током существует магнитное поле, и его направление (направление магнитных линий) напрямую зависит от направления электрического тока в проводнике. Эту связь описывает правило правой руки (правило буравчика).

Ответ: Направление магнитных линий вокруг проводника с током можно определить с помощью магнитных стрелок; при изменении направления тока на противоположное, стрелки разворачиваются на 180°, что доказывает прямую связь между направлением тока и направлением магнитных линий.

6. Получить наглядное представление о картине магнитных линий (т.е. о форме и расположении магнитных линий в пространстве) можно несколькими способами. Наиболее распространенный и наглядный метод — использование мелких железных опилок.

Метод с железными опилками:

1. Источник магнитного поля (например, полосовой магнит, подковообразный магнит или катушка с током) накрывается листом картона или стекла.

2. На лист равномерно насыпаются тонким слоем мелкие железные опилки.

3. При легком постукивании по листу каждая частичка железа намагничивается и ведет себя как маленькая магнитная стрелка. Они поворачиваются и выстраиваются вдоль магнитных линий, образуя цепочки.

В результате на листе картона образуется видимый узор, который называют спектром магнитного поля. Этот узор повторяет форму магнитных линий. Например, для полосового магнита опилки образуют замкнутые кривые, выходящие из северного полюса и входящие в южный. Для прямого проводника с током опилки образуют концентрические окружности.

Метод с магнитной стрелкой:

Также картину поля можно исследовать, перемещая в нем маленькую магнитную стрелку (компас) и отмечая ее направление в разных точках. Соединив эти направления плавной линией, можно построить одну магнитную линию. Повторив процедуру для разных начальных точек, можно получить представление обо всей картине поля.

Ответ: Наглядное представление о картине магнитных линий можно получить с помощью железных опилок, которые, будучи рассыпанными на листе картона над источником поля, выстраиваются вдоль этих линий и делают их видимыми.

6. Как можно получить представление о магнитном поле магнита?

6. Получить наглядное представление о магнитном поле постоянного магнита, то есть увидеть его структуру, можно с помощью нескольких простых экспериментов. Магнитное поле само по себе невидимо, но его можно визуализировать, наблюдая его действие на другие объекты. Для этого используются так называемые линии магнитной индукции (или магнитные силовые линии) — воображаемые линии, вдоль которых в магнитном поле расположились бы оси маленьких магнитных стрелок.

Существует два основных способа получения картины магнитных линий:

• С помощью железных опилок

  Это самый распространенный и наглядный способ. Для эксперимента понадобятся постоянный магнит (например, полосовой или подковообразный), лист картона или стекла и мелкие железные опилки.

  Порядок действий:

  1. Положить лист картона или стекла на магнит.
  2. Равномерно насыпать на лист тонкий слой железных опилок.
  3. Слегка постучать по листу.

  В результате каждая частичка железных опилок, являясь маленьким кусочком ферромагнетика, намагничивается в поле постоянного магнита и ведет себя как крошечная магнитная стрелка. Под действием магнитного поля опилки выстраиваются в цепочки, которые располагаются вдоль линий магнитной индукции. Таким образом, на листе картона образуется видимый узор, называемый спектром магнитного поля, который наглядно показывает форму и направление силовых линий. Там, где линии расположены гуще (у полюсов магнита), магнитное поле сильнее.

• С помощью магнитной стрелки (компаса)

  Этот способ позволяет последовательно построить одну или несколько линий магнитного поля. Понадобится магнит и небольшая магнитная стрелка (компас).

  Порядок действий:

  1. Положить магнит на лист бумаги.
  2. Разместить компас вблизи одного из полюсов магнита.
  3. Отметить на бумаге положение северного полюса стрелки.
  4. Переместить компас так, чтобы его центр (ось вращения стрелки) оказался в отмеченной точке.
  5. Снова отметить положение того же полюса стрелки и повторять процедуру, пока линия не дойдет до другого полюса или не уйдет за пределы листа.

  Соединив все отмеченные точки плавной линией, мы получим одну линию магнитной индукции. Повторив этот процесс, начав из разных точек вокруг магнита, можно построить целую карту его магнитного поля. По условленному направлению, за направление линии магнитной индукции принимают направление, которое указывает северный полюс магнитной стрелки. Таким образом, магнитные линии "выходят" из северного полюса магнита и "входят" в южный.

Ответ:

Представление о магнитном поле магнита можно получить, визуализировав его силовые линии. Это можно сделать двумя основными способами: 1) с помощью железных опилок, которые, будучи рассыпанными на поверхности над магнитом, выстраиваются вдоль линий поля, создавая его видимый спектр; 2) с помощью маленькой магнитной стрелки (компаса), последовательно перемещая которую и отмечая направление ее северного полюса, можно начертить линии магнитной индукции.

УПРАЖНЕНИЕ 43

На полу лаборатории под линолеумом проложен прямой провод. Как определить место нахождения провода, не вскрывая линолеума?

Чтобы определить местоположение прямого провода под линолеумом, не вскрывая его, можно воспользоваться явлением возникновения магнитного поля вокруг проводника с электрическим током.

Для этого необходимо выполнить следующие действия:

1. Подключить провод к источнику постоянного тока (например, к батарейке или лабораторному источнику питания). Когда по проводу пойдет ток, вокруг него образуется магнитное поле.
2. Взять магнитный компас. Магнитная стрелка компаса чувствительна к магнитным полям и будет на них реагировать.
3. Медленно перемещать компас по поверхности пола в предполагаемом районе нахождения провода. Вдали от провода стрелка компаса будет указывать на северный магнитный полюс Земли.
4. При приближении к проводу, по которому течет ток, его магнитное поле начнет оказывать воздействие на стрелку компаса, заставляя ее отклоняться от первоначального положения.
5. Место, где стрелка компаса отклоняется наиболее сильно, и будет находиться прямо над проводом. Поскольку провод прямой, достаточно определить две такие точки на полу, чтобы можно было провести через них прямую линию, которая и укажет точное расположение провода. Непосредственно над проводом стрелка компаса расположится перпендикулярно направлению провода.

Таким образом, используя источник тока и компас, можно "увидеть" провод сквозь линолеум.

Необходимо пропустить по проводу постоянный электрический ток и с помощью магнитного компаса найти на полу линию, двигаясь вдоль которой стрелка компаса будет максимально отклоняться от своего нормального положения (указывающего на север). Эта линия и есть местоположение провода.

ЗАДАНИЕ

Через середину листа картона пропустите прямой проводник (например, полоску станиоли). Насыпьте на картон железные опилки или мелко настриженные волосы. Пропустите электрический ток через проводник от батарейки. Слегка постукивая по картону, наблюдайте расположение опилок вокруг проводника.

Поставьте на картон магнитную стрелку (компас), заметьте её расположение. Измените направление тока в проводнике. Меняется ли направление магнитной стрелки? Объясните явление.

Данное задание представляет собой описание классического опыта Эрстеда, демонстрирующего существование магнитного поля вокруг проводника с током и его свойства.

Наблюдение за расположением опилок вокруг проводника

При пропускании электрического тока через прямой проводник, железные опилки, насыпанные на картон, под действием создаваемого магнитного поля намагничиваются и ведут себя как крошечные магнитные стрелки. При легком постукивании, позволяющем им преодолеть трение, они выстраиваются вдоль силовых линий магнитного поля. В результате мы наблюдаем картину из концентрических окружностей, центром которых является проводник. Это наглядно демонстрирует форму магнитного поля прямого тока.

Наблюдение за поведением магнитной стрелки

Когда на картон рядом с проводником с током ставится магнитная стрелка (компас), она ориентируется по касательной к одной из силовых линий магнитного поля. Северный полюс стрелки указывает направление вектора магнитной индукции $ \vec{B} $.

При изменении направления тока в проводнике на противоположное (например, поменяв полярность подключения к батарейке), наблюдается изменение направления магнитной стрелки: она разворачивается ровно на 180°.

Объяснение явления

Данное явление объясняется тем, что движущиеся электрические заряды (электрический ток) создают в окружающем пространстве магнитное поле. Это поле является материальным и действует на другие токи и на намагниченные тела (в данном случае, на железные опилки и магнитную стрелку).

Магнитное поле является векторным, то есть в каждой его точке оно характеризуется не только величиной (модулем), но и направлением. Направление магнитного поля, создаваемого прямым проводником с током, определяется правилом правой руки (также известным как правило буравчика). Правило гласит: если обхватить проводник правой рукой так, чтобы большой палец указывал направление тока ($ I $), то согнутые четыре пальца покажут направление линий магнитной индукции ($ \vec{B} $).

Следовательно, когда мы меняем направление тока на обратное, направление вектора магнитной индукции в каждой точке вокруг проводника также меняется на противоположное. Магнитная стрелка компаса, которая всегда выстраивается вдоль линий поля, реагирует на это изменение и поворачивается на 180°.

Ответ: Да, при изменении направления тока в проводнике направление магнитной стрелки меняется на противоположное (она поворачивается на 180°). Это происходит потому, что электрический ток создает вокруг себя магнитное поле, силовые линии которого представляют собой концентрические окружности. Направление этих линий (и, следовательно, ориентация магнитной стрелки) напрямую зависит от направления тока и определяется по правилу правой руки. Изменение направления тока на противоположное вызывает изменение направления магнитного поля на противоположное.