Номер 2, страница 290 - гдз по физике 9 класс учебник Хижнякова, Синявина

Домашние лабораторные работы - номер 2, страница 290.

Условие.

2. Наблюдение магнитного взаимодействия двух параллельных проводников с токами

Цель работы: убедиться в том, что два параллельных проводника с токами взаимодействуют между собой.

Средства измерения и материалы: две полоски фольги длиной примерно 30 см, источник тока, резистор, ключ замыкания, коробка из плотной бумаги, соединительные провода.

Гипотеза исследования

Вокруг двух параллельных проводников с токами существует магнитное поле. Магнитное поле одного проводника действует на второй проводник с током. Магнитное поле второго проводника действует на первый проводник с током. В результате проводники с токами взаимодействуют между собой.

Конкретизируйте гипотезу, учитывая, что полоски из фольги — это проводники электрического тока.

Порядок выполнения работы

1. Расположите две полоски фольги в коробке из плотной бумаги параллельно друг другу (рис. 251). Полоски не должны соприкасаться. Воздушный промежуток между ними должен составлять 3-5 мм.

2. Соедините концы полосок. Соберите электрическую цепь по рис. 251.

3. Замкните цепь и наблюдайте, как изменится положение полосок фольги при их взаимодействии.

4. Как нужно соединить полоски фольги, чтобы они отталкивались друг от друга?

5. Подтвердилась или не подтвердилась ваша гипотеза исследования?

Рис. 251

Решение.

Конкретизация гипотезы, представленной в задании, заключается в том, чтобы на основе законов электромагнетизма предсказать характер взаимодействия проводников с током. Взаимодействие двух параллельных проводников с током описывается силой Ампера. Направление этой силы можно определить, используя правило буравчика (для определения направления вектора магнитной индукции $\text{B}$ поля, создаваемого одним проводником) и правило левой руки (для определения направления силы $\text{F}$, действующей на другой проводник с током, помещенный в это поле).

В результате анализа получается следующий вывод:

1. Если токи в двух параллельных проводниках текут в одном направлении, проводники притягиваются.

2. Если токи в двух параллельных проводниках текут в противоположных направлениях, проводники отталкиваются.

Сила, действующая на единицу длины каждого из проводников, определяется по формуле: $F_l = \frac{\mu_0 I_1 I_2}{2 \pi d}$, где $I_1$ и $I_2$ – силы тока в проводниках, $\text{d}$ – расстояние между ними, а $\mu_0$ – магнитная постоянная.

Таким образом, гипотезу можно конкретизировать: полоски фольги будут притягиваться или отталкиваться в зависимости от взаимного направления токов в них.

Ответ: Если ток в двух параллельных полосках фольги течет в одном направлении, они притягиваются; если в противоположных – отталкиваются. Это происходит из-за взаимодействия магнитных полей, создаваемых токами.

4. Как нужно соединить полоски фольги, чтобы они отталкивались друг от друга?

В электрической цепи, показанной на рисунке 251, полоски фольги подключены к источнику параллельно. Это значит, что ток в них течет в одном и том же направлении. Согласно правилу, такие токи вызывают взаимное притяжение проводников. Чтобы полоски фольги отталкивались, необходимо сделать так, чтобы токи в них текли в противоположных направлениях. Для этого нужно изменить схему соединения на последовательную, при которой ток, пройдя по одной полоске, потечет по второй в обратном направлении. Например, можно подключить источник тока к левым концам верхней и нижней полосок, а их правые концы соединить между собой. Более правильная схема для создания антипараллельных токов: подключить положительный полюс источника к левому концу верхней полоски, правый конец верхней полоски соединить с правым концом нижней полоски, а левый конец нижней полоски подключить к отрицательному полюсу источника.

Ответ: Полоски нужно соединить последовательно таким образом, чтобы ток в них протекал в противоположных направлениях.

5. Подтвердилась или не подтвердилась ваша гипотеза исследования?

Гипотеза исследования полностью подтвердилась. В ходе эксперимента наблюдается движение полосок фольги при пропускании через них электрического тока. Это доказывает, что проводники с током взаимодействуют между собой. Характер взаимодействия (притяжение при параллельном соединении, как на рис. 251, и отталкивание при изменении схемы для получения противоположно направленных токов) подтверждает конкретизированную гипотезу о зависимости силы Ампера от направления токов. Следовательно, опыт доказывает существование магнитного поля вокруг проводников с током и их силовое взаимодействие.

Ответ: Да, гипотеза подтвердилась.