Страница 239 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин

№ 10 Изучение явления электромагнитной индукции

Цель работы Изучить явление электромагнитной индукции.

Приборы и материалы Миллиамперметр, катушка-моток, магнит дугообразный, источник тока, катушка с железным сердечником от разборного электромагнита, реостат, ключ, соединительные провода.

Указания к работе

1. Подключите катушку-моток к зажимам миллиамперметра.

2. Наблюдая за показаниями миллиамперметра, подводите один из полюсов магнита к катушке, потом на несколько секунд остановите магнит, а затем вновь приближайте его к катушке, вдвигая в неё (рис. 180). Запишите, возникал ли в катушке индукционный ток во время движения магнита относительно катушки; во время его остановки.

3. Сделайте и запишите вывод о том, при каком условии в катушке возникал индукционный ток.

4. Запишите, менялся ли магнитный поток, пронизывающий катушку, во время движения магнита; во время его остановки. Объясните, почему при приближении магнита к катушке магнитный поток, пронизывающий эту катушку, меняется.

5 Проверьте, одинаковым или различным будет направление индукционного тока в катушке при приближении к ней и удалении от неё одного и того же полюса магнита.

6. Приближайте полюс магнита к катушке с такой скоростью, чтобы стрелка миллиамперметра отклонялась не более чем на половину предельного значения его шкалы. Повторите тот же опыт, но при большей скорости движения магнита, чем в первом случае.

7. Сделайте и запишите вывод о том, как зависит сила индукционного тока, возникающего в катушке, от скорости изменения магнитного потока, пронизывающего эту катушку.

8. Соберите установку для опыта по рисунку 181.

9. Проверьте, возникает ли в катушке-мотке 1 индукционный ток в следующих случаях:

а) при замыкании и размыкании цепи, в которую включена катушка 2;

б) при протекании через катушку 2 постоянного тока;

в) при увеличении и уменьшении силы тока, протекающего через катушку 2, путём перемещения в соответствующую сторону ползунка реостата.

10. Сделайте вывод, в каких случаях меняется магнитный поток, пронизывающий катушку 1, и почему.

1. Катушка-моток подключается к зажимам миллиамперметра согласно инструкции.

Ответ: Схема собрана.

2. При движении магнита относительно катушки (как при приближении, так и при удалении) стрелка миллиамперметра отклоняется, что свидетельствует о возникновении в катушке индукционного тока. В тот момент, когда магнит неподвижен относительно катушки, стрелка миллиамперметра находится на нулевой отметке, индукционный ток не возникает.

Ответ: Индукционный ток возникал во время движения магнита относительно катушки и не возникал во время его остановки.

3. Индукционный ток в замкнутом проводящем контуре (катушке) возникает только тогда, когда изменяется магнитный поток, пронизывающий этот контур. Движение магнита относительно катушки вызывает изменение магнитного потока, а когда магнит неподвижен, магнитный поток остается постоянным.

Ответ: Индукционный ток в катушке возникал при условии изменения магнитного потока, пронизывающего катушку.

4. Во время движения магнита магнитный поток, пронизывающий катушку, менялся. Во время остановки магнита магнитный поток не менялся. Магнитный поток определяется как $\Phi = B S \cos\alpha$, где $B$ — индукция магнитного поля. Магнитное поле постоянного магнита неоднородно, его индукция $B$ уменьшается с увеличением расстояния от полюса. При приближении магнита к катушке расстояние между ними уменьшается, следовательно, индукция магнитного поля, пронизывающего витки катушки, увеличивается, что приводит к увеличению магнитного потока.

Ответ: Магнитный поток менялся во время движения магнита и не менялся во время его остановки. Это происходит потому, что при изменении расстояния между магнитом и катушкой меняется индукция магнитного поля, пронизывающего катушку.

5. Направление индукционного тока будет различным. Согласно правилу Ленца, возникающий в замкнутом контуре индукционный ток своим магнитным полем противодействует тому изменению магнитного потока, которым он вызван. При приближении магнита к катушке, например, северным полюсом, в катушке возникает ток такого направления, что она отталкивает магнит (со стороны магнита создается северный полюс). При удалении северного полюса магнита от катушки, ток меняет направление на противоположное, чтобы катушка притягивала магнит (со стороны магнита создается южный полюс). Это приводит к отклонению стрелки миллиамперметра в разные стороны.

Ответ: Направление индукционного тока при приближении и удалении одного и того же полюса магнита будет различным (противоположным).

6. При большей скорости движения магнита стрелка миллиамперметра отклоняется на больший угол. Это указывает на то, что сила индукционного тока увеличилась.

Ответ: При увеличении скорости движения магнита сила индукционного тока возрастает.

7. Сила индукционного тока прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока, пронизывающего катушку. Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, ЭДС индукции $\mathcal{E}_{ind}$ (и, следовательно, сила тока $I_{ind} = \mathcal{E}_{ind} / R$) пропорциональна скорости изменения магнитного потока: $|\mathcal{E}_{ind}| = |\frac{\Delta\Phi}{\Delta t}|$. Чем быстрее изменяется магнитный поток (например, за счет большей скорости движения магнита), тем больше ЭДС индукции и сила индукционного тока.

Ответ: Сила индукционного тока, возникающего в катушке, тем больше, чем больше скорость изменения магнитного потока, пронизывающего эту катушку.

8. Установка для опыта по рисунку 181 собирается. Она состоит из двух катушек: катушка 2 (первичная обмотка), подключенная к источнику тока через ключ и реостат, и катушка 1 (вторичная обмотка), подключенная к миллиамперметру.

Ответ: Схема собрана.

9. Проверим возникновение индукционного тока в катушке-мотке 1 в указанных случаях.
а) при замыкании и размыкании цепи, в которую включена катушка 2: Да, индукционный ток в катушке 1 возникает. При замыкании цепи ток в катушке 2 нарастает от нуля до некоторого значения, создавая изменяющееся магнитное поле и, как следствие, изменяющийся магнитный поток через катушку 1. При размыкании цепи ток в катушке 2 спадает до нуля, что также вызывает изменение магнитного потока и появление индукционного тока в катушке 1 (противоположного направления).
б) при протекании через катушку 2 постоянного тока: Нет, индукционный ток в катушке 1 не возникает. Постоянный ток в катушке 2 создает постоянное во времени магнитное поле. Магнитный поток через катушку 1 остается неизменным, поэтому индукционный ток не появляется.
в) при увеличении и уменьшении силы тока, протекающего через катушку 2, путём перемещения в соответствующую сторону ползунка реостата: Да, индукционный ток в катушке 1 возникает. Перемещение ползунка реостата изменяет сопротивление цепи катушки 2, что приводит к изменению силы тока в ней. Изменение тока в катушке 2 вызывает изменение создаваемого ею магнитного поля и, следовательно, изменение магнитного потока через катушку 1. Это и является причиной возникновения индукционного тока.
Ответ: Индукционный ток в катушке 1 возникает в случаях а) и в), и не возникает в случае б).

10. Магнитный поток, пронизывающий катушку 1, меняется в тех случаях, когда изменяется сила тока в катушке 2. Это происходит при замыкании и размыкании цепи (пункт 9а) и при изменении сопротивления цепи с помощью реостата (пункт 9в). Причина в том, что магнитное поле, создаваемое катушкой 2, прямо пропорционально силе тока в ней ($B \propto I_2$). Следовательно, магнитный поток через катушку 1 ($\Phi_1$) изменяется всякий раз, когда изменяется ток $I_2$. Когда ток в катушке 2 постоянен (пункт 9б), создаваемый ею магнитный поток через катушку 1 также постоянен, и индукционный ток не возникает.

Ответ: Магнитный поток, пронизывающий катушку 1, меняется в случаях замыкания/размыкания цепи катушки 2 и при изменении силы тока в ней с помощью реостата. Причина в том, что изменение тока в катушке 2 порождает изменение ее магнитного поля, что, в свою очередь, приводит к изменению магнитного потока через катушку 1.