Лабораторная работа №9, страница 289 - гдз по физике 8 класс учебник Закирова, Аширов

Лабораторная работа № 9.

Сборка электромагнита и проверка его действия

Цель работы: проверить на опыте зависимость действия электромагнита от силы тока в обмотке электромагнита и наличия сердечника. Сравнить магнитные поля, созданные полосовым магнитом и током в соленоиде.

Оборудование: источник тока, ключ, катушка с сердечником, соединительные провода, реостат, магнитные стрелки, железные опилки, лист бумаги.

Задание 1. Изучение зависимости магнитных свойств катушки с током от сердечника.

Указания к работе

1. Соберите последовательную цепь из источника тока, ключа, катушки и реостата. Замкните ключ.

2. Определите полюса катушки с помощью магнитной стрелки.

3. Удалите магнитную стрелку вдоль оси катушки на такое расстояние, на котором стрелка начинает ориентироваться вдоль магнитных линий Земли. Действие магнитного поля катушки на стрелку ничтожно мало.

4. Вставьте в катушку сердечник. Последите за действием катушки с сердечником на магнитную стрелку. Сделайте вывод.

Задание 2. Изучение зависимости действия электромагнита от силы тока в катушке.

Указания к работе

1. Насыпьте на лист бумаги железные опилки.

2. Поднесите электромагнит одним из полюсов к опилкам.

3. С помощью реостата измените значение силы тока в катушке.

4. Проследите за действием электромагнита на опилки при уменьшении силы тока до нулевого значения.

5. Ответьте на вопросы: почему при отсутствии тока в цепи часть опилок продолжает удерживаться сердечником?

6. Предложите не менее трех способов удаления опилок с сердечника. Проверьте эффективность предложенных способов на опыте.

7. Сделайте выводы.

Задание 3. Сравнение силовых линий магнитного поля катушки с полем полосового магнита.

1. Разместите вокруг катушки с сердечником магнитные стрелки.

2. Изобразите силовые линии магнитного поля катушки. Сравните магнитные поля полосового магнита и катушки с сердечником.

3. Сделайте выводы.

Задание 1. Изучение зависимости магнитных свойств катушки с током от сердечника.

Решение:

1. Собираем электрическую цепь, последовательно соединяя источник тока, ключ, катушку и реостат. Замыкаем ключ, чтобы по катушке пошел электрический ток.

2. Поднесем к одному из торцов катушки магнитную стрелку (компас). По тому, какой полюс стрелки притянется к торцу катушки, определим полюс катушки. Например, если к торцу притягивается северный полюс (N) магнитной стрелки, то этот торец катушки является ее южным полюсом (S). Противоположный торец, соответственно, будет северным полюсом (N). Также полюса можно определить по правилу правой руки: если обхватить катушку ладонью правой руки так, чтобы четыре пальца были направлены по направлению тока в витках, то отставленный большой палец покажет направление на северный полюс.

3. Оставив цепь замкнутой, будем медленно удалять магнитную стрелку вдоль оси катушки. На некотором расстоянии магнитное поле катушки ослабеет настолько, что перестанет влиять на стрелку, и она сориентируется вдоль магнитных линий Земли (ее северный полюс будет указывать на северный магнитный полюс Земли). Зафиксируем это расстояние.

4. Не меняя положения магнитной стрелки, вставим внутрь катушки железный сердечник. Мы наблюдаем, что магнитная стрелка вновь отклоняется и ориентируется вдоль оси катушки. Это означает, что магнитное поле катушки на том же расстоянии стало значительно сильнее.

Вывод: Железный сердечник, помещенный внутрь катушки с током, многократно усиливает ее магнитное поле. Катушка с сердечником (электромагнит) создает более сильное магнитное поле, чем катушка без сердечника при той же силе тока.

Ответ: При вставке железного сердечника в катушку с током ее магнитное поле значительно усиливается. Это подтверждается тем, что магнитная стрелка, которая не реагировала на поле катушки без сердечника на определенном расстоянии, начинает на него реагировать после вставки сердечника.

Задание 2. Изучение зависимости действия электромагнита от силы тока в катушке.

Решение:

1. На лист бумаги равномерно насыплем тонкий слой железных опилок.

2. Соберем электромагнит (катушка с сердечником) и включим ток. Поднесем один из полюсов электромагнита к опилкам. Наблюдаем, что опилки притягиваются к полюсу электромагнита.

3. С помощью реостата плавно уменьшаем силу тока в цепи. Для этого увеличиваем сопротивление реостата. Согласно закону Ома для участка цепи, сила тока $I$ обратно пропорциональна сопротивлению $R$ ($I = U/R$, где $U$ — напряжение).

4. При уменьшении силы тока мы наблюдаем, что часть железных опилок отпадает от сердечника. Чем меньше ток, тем меньше опилок удерживает электромагнит. Когда мы уменьшаем силу тока до нуля (размыкая цепь), большая часть опилок отпадает.

5. Почему при отсутствии тока в цепи часть опилок продолжает удерживаться сердечником? Это происходит из-за явления остаточной намагниченности. Сердечник, изготовленный из магнитомягкого материала (например, мягкой стали), после прекращения действия внешнего магнитного поля сохраняет некоторую часть своей намагниченности.

6. Предложите не менее трех способов удаления опилок с сердечника.

а) Механический способ: просто встряхнуть сердечник. Сила остаточного магнетизма обычно невелика, и механического воздействия (сотрясения) достаточно, чтобы опилки отпали под действием силы тяжести.

б) Размагничивание обратным током: кратковременно пропустить через катушку слабый ток в обратном направлении. Созданное им магнитное поле будет направлено противоположно остаточной намагниченности и скомпенсирует ее.

в) Ударный способ: нанести по сердечнику несколько легких ударов (не повредив катушку). Механическая вибрация нарушит упорядоченную ориентацию магнитных доменов, что приведет к размагничиванию сердечника.

7. Выводы: Магнитное действие электромагнита зависит от силы тока в его обмотке. Чем больше сила тока, тем сильнее магнитное поле, и тем большую массу железных опилок он может удержать. При отключении тока сердечник электромагнита сохраняет остаточную намагниченность.

Ответ: Сила электромагнита прямо пропорциональна силе тока в его обмотке. При уменьшении тока до нуля сердечник сохраняет остаточную намагниченность, из-за которой на нем остается часть опилок. Удалить их можно, встряхнув сердечник, ударив по нему или пропустив через обмотку кратковременный ток обратного направления.

Задание 3. Сравнение силовых линий магнитного поля катушки с полем полосового магнита.

Решение:

1. Разместим вокруг электромагнита (катушки с сердечником, по которой течет ток) несколько магнитных стрелок на разных расстояниях и с разных сторон.

2. Каждая магнитная стрелка сориентируется вдоль силовой линии магнитного поля в той точке, где она находится. Северный полюс стрелки укажет направление силовой линии. Зарисовав расположение стрелок, мы можем восстановить картину силовых линий. Мы увидим, что силовые линии выходят из северного полюса электромагнита, входят в южный, замыкаясь внутри сердечника. Вне электромагнита линии представляют собой кривые, идущие от северного полюса к южному. Картина силовых линий очень похожа на картину силовых линий постоянного полосового магнита.

Изображение силовых линий магнитного поля электромагнита (слева) и полосового магнита (справа):

Сравнение: Как видно из опыта и рисунка, магнитное поле катушки с током и сердечником имеет такую же структуру, как и поле постоянного полосового магнита. У обоих есть два полюса (северный и южный), и силовые линии образуют замкнутые кривые, направленные от северного полюса к южному во внешнем пространстве.

3. Выводы: Эксперимент показывает, что магнитное поле, создаваемое электрическим током в катушке, аналогично магнитному полю постоянного магнита. Это подтверждает фундаментальную связь между электричеством и магнетизмом.

Ответ: Магнитные поля катушки с сердечником (электромагнита) и полосового магнита схожи. Они оба имеют северный и южный полюса, а их силовые линии имеют одинаковую форму: они замкнуты, выходят из северного полюса и входят в южный.