Страница 192 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин, Иванов

1. «Поможем папе: модель электромагнитного крана» (возможная форма: презентация, опыт, модель).

Данный проект, «Поможем папе: модель электромагнитного крана», представляет собой комплексную задачу, которую можно реализовать в трех формах: создание физической модели, проведение на ее основе опыта и подготовка итоговой презентации. Ниже представлен подробный план для каждой из этих частей.

Цель: Собрать простую, но работающую модель электромагнитного крана из доступных материалов.

Необходимые материалы:

• Большой железный гвоздь (100-150 мм) или болт – он будет служить сердечником электромагнита.

• Медный изолированный провод (эмалированный, диаметром 0.2-0.5 мм) – около 5-10 метров.

• Источник питания: плоская батарейка на 4.5 В, или несколько пальчиковых батареек (АА, ААА) в держателе.

• Выключатель (кнопка или тумблер) для удобного управления.

• Мелкие металлические предметы для демонстрации (канцелярские скрепки, маленькие гвозди, гайки).

• Изолента или скотч.

• Материалы для сборки крана: картонная коробка, деревянные палочки, нитки, клей.

Инструкция по сборке:

1. Создание электромагнита. Возьмите большой гвоздь и, оставив свободными концы провода по 10-15 см, начните аккуратно наматывать на него медный провод виток к витку. Чем больше витков и чем плотнее они уложены, тем сильнее будет магнит. Сделайте не менее 100-150 витков. Закрепите концы обмотки, чтобы она не разматывалась. Зачистите концы провода от изоляции (эмали) с помощью ножа или наждачной бумаги.

2. Сборка электрической цепи. Соедините компоненты в последовательную цепь: один конец катушки подключите к одному из контактов выключателя, другой контакт выключателя – к одному из полюсов батарейки, а второй полюс батарейки – ко второму концу катушки. Все соединения надежно закрепите и заизолируйте.

3. Создание корпуса крана. Сконструируйте простую П-образную или Г-образную раму из картона или деревянных палочек. К "стреле" крана привяжите нитку, на другом конце которой закрепите собранный электромагнит. Это позволит ему свободно висеть и перемещаться.

Принцип действия:

При замыкании цепи (нажатии на выключатель) по проволочной катушке начинает течь электрический ток. Согласно законам электромагнетизма, движущиеся заряды создают вокруг себя магнитное поле. Железный сердечник (гвоздь) многократно усиливает это поле. В результате гвоздь превращается в сильный временный магнит – электромагнит, способный притягивать предметы из ферромагнитных материалов (железо, сталь). При размыкании цепи ток прекращается, магнитное поле исчезает, и кран "отпускает" груз.

Магнитная индукция $B$ внутри длинного соленоида (нашей катушки) рассчитывается по формуле: $B = \mu_0 \mu n I$, где $\mu_0$ – магнитная постоянная, $\mu$ – магнитная проницаемость материала сердечника, $n$ – количество витков на единицу длины катушки, $I$ – сила тока в обмотке.

Ответ: В результате выполнения этих шагов будет создана действующая физическая модель электромагнитного крана, способная поднимать и перемещать мелкие металлические предметы.

Цель: Экспериментально проверить работу модели и исследовать, от чего зависит подъемная сила электромагнита.

Ход опыта:

1. Демонстрация работы. Разместите на столе несколько скрепок. Подведите к ним кран с выключенным электромагнитом – ничего не происходит. Включите электромагнит, нажав на кнопку, и опустите его на скрепки. Магнит притянет несколько штук. Переместите кран в другое место и отключите питание – скрепки упадут.

2. Исследование зависимости подъемной силы от количества витков.

- Подготовьте два или три электромагнита на одинаковых гвоздях, но с разным количеством витков (например, 50, 100 и 150).

- Поочередно подключайте каждый из них к одному и тому же источнику питания и измеряйте их подъемную силу. В качестве меры силы можно использовать максимальное количество скрепок, которое магнит способен удержать.

- Занесите данные в таблицу (Количество витков | Количество скрепок).

3. Исследование зависимости подъемной силы от силы тока.

- Используйте один и тот же электромагнит (например, со 150 витками).

- Подключайте его к разным источникам напряжения: сначала к одной батарейке 1.5 В, затем к двум, соединенным последовательно (3 В). Согласно закону Ома ($I = U/R$), при увеличении напряжения $U$ сила тока $I$ также увеличится.

- Для каждого случая измерьте максимальное количество поднятых скрепок и занесите данные в таблицу (Напряжение, В | Количество скрепок).

4. Исследование роли сердечника.

- Возьмите катушку с провода (без гвоздя) и попробуйте поднять ею скрепки.

- Затем вставьте внутрь катушки железный гвоздь и повторите попытку.

- Сравните результат. Вы увидите, что катушка с сердечником притягивает предметы гораздо сильнее.

Выводы: На основе проведенных экспериментов можно сделать вывод, что подъемная сила электромагнита прямо пропорциональна: а) количеству витков в катушке; б) силе тока, протекающего по обмотке. Также опыт наглядно доказывает, что ферромагнитный сердечник значительно усиливает магнитное поле.

Ответ: Проведены эксперименты, доказывающие зависимость силы электромагнита от числа витков, силы тока и наличия сердечника. Получены количественные (число скрепок) и качественные данные, подтверждающие теоретические положения.

Цель: Структурированно и наглядно представить результаты проекта.

Структура презентации:

• Слайд 1: Титульный лист. Название проекта: «Поможем папе: модель электромагнитного крана». ФИО автора, класс. Учебное заведение.

• Слайд 2: Цели и задачи. Цель: сконструировать действующую модель электромагнитного крана и изучить его свойства. Задачи: 1) изучить теорию электромагнетизма; 2) собрать модель из подручных материалов; 3) экспериментально исследовать факторы, влияющие на мощность электромагнита.

• Слайд 3: Актуальность и применение. Краткий рассказ о том, где используются настоящие электромагнитные краны: на металлургических заводах, в портах, на площадках по переработке металлолома. Можно добавить несколько фотографий реальных кранов.

• Слайд 4: Теоретическая часть. Объяснение принципа работы электромагнита. Упомянуть опыт Эрстеда. Изобразить схему устройства электромагнита (катушка + сердечник + источник тока). Привести формулу для магнитного поля соленоида $B = \mu_0 \mu n I$ и кратко пояснить ее.

• Слайд 5: Сборка модели. Пошаговая фото-инструкция по созданию модели крана. Список использованных материалов.

• Слайд 6: Проведение эксперимента. Описание хода опытов (по исследованию зависимости от числа витков, силы тока, сердечника). Можно вставить короткое видео, демонстрирующее работу крана.

• Слайд 7: Результаты. Представление результатов экспериментов в виде таблиц или графиков. Например, график зависимости количества поднятых скрепок от количества витков.

• Слайд 8: Выводы. Сформулировать основные выводы, полученные в ходе работы. Например: "В ходе проекта была успешно создана модель электромагнитного крана. Эксперименты подтвердили, что его подъемная сила увеличивается с ростом числа витков и силы тока, а также при использовании железного сердечника".

• Слайд 9: Заключение. Поблагодарить за внимание. Можно добавить, как можно усовершенствовать модель (например, добавить механизм поворота стрелы).

Ответ: Подготовлен план и содержание для мультимедийной презентации, которая полно и наглядно освещает все этапы работы над проектом "Модель электромагнитного крана" от теории до практических выводов.

2. «Создаём макет магнитного поля Земли» (возможная форма: презентация, макет).

«Создаём макет магнитного поля Земли» (в форме презентации)

Решение

Создание презентации о магнитном поле Земли — это отличный способ систематизировать информацию и наглядно представить сложное явление. Ниже представлен план-структура такой презентации.

• Слайд 1: Титульный лист
  • Название проекта: «Магнитное поле Земли: наш невидимый щит».
  • Автор(ы) проекта.
  • Учебное заведение, класс.
• Слайд 2: Введение
  • Что такое геомагнитное поле? Определение.
  • Тезис о его ключевой роли для жизни на планете.
  • Цель презентации: рассказать о происхождении, структуре и значении магнитного поля.
• Слайд 3: Источник поля: «Геодинамо»
  • Изображение строения Земли (ядро, мантия, кора).
  • Объяснение теории динамо-эффекта: жидкое металлическое внешнее ядро, конвекционные потоки в нём и вращение Земли (сила Кориолиса) генерируют электрические токи, которые, в свою очередь, создают магнитное поле.
• Слайд 4: Структура магнитного поля
  • Изображение Земли с силовыми линиями магнитного поля, напоминающими поле стержневого магнита (диполь).
  • Объяснение понятий: магнитные полюса (северный и южный) и их несовпадение с географическими полюсами. Угол наклона магнитной оси составляет примерно $11.3^\circ$ относительно оси вращения.
  • Понятие магнитного склонения.
• Слайд 5: Магнитосфера — щит Земли
  • Схематичное изображение магнитосферы, обтекаемой солнечным ветром.
  • Определение магнитосферы.
  • Объяснение её взаимодействия с солнечным ветром — потоком заряженных частиц от Солнца. Магнитосфера отклоняет большую часть этих частиц.
• Слайд 6: Полярные сияния (Aurora Borealis и Aurora Australis)
  • Красочные фотографии полярных сияний.
  • Механизм возникновения: часть частиц солнечного ветра попадает в «воронки» у магнитных полюсов, сталкивается с атомами и молекулами в верхних слоях атмосферы (кислородом, азотом) и заставляет их светиться.
• Слайд 7: Значение для жизни и технологий
  • Защита от космической радиации, сохранение атмосферы.
  • Использование поля для навигации (компас).
  • Влияние на животных (миграции птиц, рыб).
  • Угрозы для спутников и электросетей во время магнитных бурь.
• Слайд 8: Заключение
  • Краткое обобщение ключевых моментов: магнитное поле генерируется в ядре Земли, имеет дипольную структуру, защищает всё живое и является неотъемлемой частью нашей планеты.

Ответ: Выше представлен детальный план для создания презентации на тему «Создаём макет магнитного поля Земли», включающий структуру по слайдам, ключевые тезисы и научные концепции для освещения.

«Создаём макет магнитного поля Земли» (в форме физического макета)

Решение

Физический макет позволяет наглядно продемонстрировать форму и свойства магнитного поля Земли. Вот инструкция по его созданию.

Цель макета: Визуализировать невидимые силовые линии магнитного поля Земли с помощью простого аналога.

Необходимые материалы:

• Шар из пенопласта или пластика (диаметром 15-20 см) — модель Земли.
• Сильный стержневой или неодимовый магнит.
• Металлические опилки (железные).
• Лист плотного картона или прозрачного пластика.
• Маленький компас.
• Акриловые краски (синий, зеленый, белый), кисти.
• Клей, нож, подставка для шара.

Порядок сборки макета:

1. Подготовка «Земли». Раскрасьте пенопластовый шар, чтобы он был похож на глобус. Наметьте ось вращения и географические полюса (Северный и Южный).
2. Размещение магнита. Прорежьте в шаре полость и поместите стержневой магнит в его центр. Важно разместить магнит с небольшим наклоном (около $11^\circ$) по отношению к нарисованной оси вращения. Это покажет разницу между географическими и магнитными полюсами. Закрепите магнит клеем.
3. Установка на подставку. Закрепите шар-модель на подставке для устойчивости.
4. Визуализация поля. Есть несколько способов:
   • Способ 1 (с железными опилками): Положите на макет сверху лист картона или пластика. Аккуратно посыпьте на него тонкий слой железных опилок. Слегка постучите по листу. Опилки выстроятся вдоль силовых линий, создавая видимый двумерный узор поля.
   • Способ 2 (с компасом): Медленно перемещайте маленький компас вокруг вашего макета. Стрелка компаса всегда будет указывать направление силовой линии в данной точке. Так можно проследить и зарисовать траекторию силовых линий.
5. Добавление пояснений. Сделайте небольшие флажки-указатели и подпишите: «Географический северный полюс», «Магнитный северный полюс», «Силовые линии», «Ось вращения».

Демонстрация работы макета:

При демонстрации объясните, что стержневой магнит внутри шара имитирует эффект, создаваемый жидким ядром Земли. Покажите, как опилки или стрелка компаса реагируют на поле. Расскажите, что реальное поле защищает нас от солнечного ветра. Напряжённость магнитного поля Земли у поверхности варьируется от $25$ до $65$ микротесла ($ \mu T $).

Ответ: Представлена пошаговая инструкция по созданию физического макета магнитного поля Земли, включая список материалов, порядок сборки и способы демонстрации ключевых свойств геомагнитного поля.