Экспериментальное исследование, страница 105 - гдз по физике 9 класс учебник Хижнякова, Синявина

Глава 3. Магнитное поле. Параграф 18. Сторонние силы. Вопросы - страница 105.

Условие.

Экспериментальное исследование

Определите знаки полюсов электрической батареи, на которой отсутствуют их обозначения. В нашем расположении имеется следующее оборудование: лампа на подставке, кусок проволоки, компас, электрическая батарея - источник постоянного тока.

Разработайте план исследования, сделайте пояснительные рисунки и защитите свой проект-исследование на уроке.

Решение.

Для определения знаков полюсов электрической батареи необходимо провести эксперимент, основанный на магнитном действии электрического тока (опыт Эрстеда).

План исследования

1. Цель: Определить положительный (+) и отрицательный (−) полюсы электрической батареи.
2. Оборудование: Электрическая батарея без маркировки, лампа на подставке, кусок проволоки, компас.
3. Теоретическая основа: Электрический ток, протекающий по проводнику, создает вокруг него магнитное поле. Направление этого поля связано с направлением тока правилом правой руки. Магнитная стрелка компаса, помещенная в это поле, отклоняется, указывая направление силовых линий поля. Зная направление отклонения стрелки, можно определить направление тока, а следовательно, и полюсы источника, так как по соглашению ток во внешней цепи течет от «+» к «−».
4. Порядок действий:
а) Собрать электрическую цепь, последовательно соединив клеммы батареи, лампу и проволоку. Лампа используется в качестве нагрузки для ограничения тока и предотвращения короткого замыкания, а также как индикатор наличия тока в цепи. Цепь оставить разомкнутой.
б) Положить компас на ровную горизонтальную поверхность и подождать, пока его стрелка установится вдоль линии Север-Юг.
в) Расположить прямой участок провода над стрелкой компаса, строго параллельно ей (в направлении Север-Юг).
г) Кратковременно замкнуть цепь. Пронаблюдать за отклонением северного полюса магнитной стрелки (обычно он окрашен в синий или красный цвет) и свечением лампы. Зафиксировать направление отклонения (на Запад или на Восток).
д) Разомкнуть цепь.
5. Анализ результатов и выводы:
Для определения направления тока используется правило правой руки: если мысленно обхватить проводник ладонью правой руки и направить большой палец по направлению тока, то остальные четыре пальца, согнутые в кулак, укажут направление линий магнитного поля вокруг проводника. Северный полюс стрелки компаса отклонится именно в этом направлении.
• Случай А: Если северный полюс стрелки, находящейся под проводом, отклонился на Запад, то магнитное поле под проводом направлено на Запад. Согласно правилу правой руки, это означает, что ток в проводе течет с Юга на Север. Следовательно, клемма батареи, от которой ток идет к южной части провода, является положительной (+), а другая — отрицательной (−).
• Случай Б: Если северный полюс стрелки отклонился на Восток, то магнитное поле под проводом направлено на Восток. Согласно правилу правой руки, ток в проводе течет с Севера на Юг. Следовательно, клемма батареи, от которой ток идет к северной части провода, является положительной (+), а другая — отрицательной (−).

Пояснительные рисунки

Поскольку графическое изображение невозможно, приведем словесное описание рисунков, которые следует подготовить для защиты проекта.
Рисунок 1. Схема экспериментальной установки. На рисунке изображена схема электрической цепи, состоящей из последовательно соединенных источника тока (батареи), лампы и прямого участка провода. Также показан компас, расположенный под проводом так, что провод параллелен стрелке компаса, указывающей на Север.
Рисунок 2. Применение правила правой руки (для Случая А). Изображен поперечный разрез провода. Под ним — стрелка компаса, северный полюс которой отклонен на Запад. Вокруг провода изображены концентрические окружности со стрелками, показывающие направление магнитного поля (по часовой стрелке). Изображена правая рука, обхватывающая провод: согнутые пальцы указывают направление поля (на Запад под проводом), а большой палец — направление тока (от наблюдателя, что соответствует направлению с Юга на Север на первой схеме).

Ответ: Чтобы определить знаки полюсов батареи, необходимо собрать цепь из батареи, лампы и провода, расположив провод над магнитной стрелкой компаса параллельно ей. При замыкании цепи стрелка компаса отклонится. По направлению отклонения её северного полюса, используя правило правой руки, определяют направление тока в проводе. Полюс батареи, от которого ток направляется во внешнюю цепь, является положительным, а полюс, к которому ток возвращается — отрицательным.