Номер 3, страница 282 - гдз по физике 9 класс учебник Хижнякова, Синявина

Лабораторные работы - номер 3, страница 282.

Условие.

3. Наблюдение действия магнитного поля

Цель работы: исследовать свойство однородного магнитного поля, оказывать ориентирующее действие на стальные опилки и на проволочный моток с током.

Средства измерения и материалы: два полосовых магнита и дугообразный магнит, катушка-моток, стальные опилки, штатив, источник постоянного тока, реостат, ключ замыкания тока, соединительные провода, лист картона.

Гипотеза исследования

Если в однородное магнитное поле внести магнитные стрелки на подставке, то они будут ориентироваться в определённом направлении.

Конкретизируйте гипотезу, учитывая, что за однородное магнитное поле можно принять магнитное поле между полюсами дугообразного магнита или между полюсами полосовых магнитов.

Порядок выполнения работы

1. Два полосовых магнита расположите так, чтобы образованное ими магнитное поле можно было принять за однородное. При этом расстояние между полюсами магнитов должно быть 2–3 см.

2. Положите сверху магнитов лист картона, насыпьте на него стальные опилки и слегка постучите по нему пальцем. Рассмотрите картину расположения опилок. Найдите область между полюсами магнитов, в которой магнитное поле можно принять за однородное.

3. Объясните, почему стальные опилки ориентируются относительно линий индукции однородного магнитного поля.

4. Подвесьте проволочный моток к штативу. Соберите электрическую цепь из проволочного мотка, реостата, ключа и источника тока. Подсоедините проволочный моток к источнику тока последовательно с реостатом и ключом. Предварительно электрическая цепь должна быть разомкнута, а ползунок реостата установлен на максимальное сопротивление.

5. Расположите проволочный моток так, чтобы его плоскость была параллельна линии, соединяющей полюсы дугообразного магнита. Замкните цепь. Убедитесь, что проволочный моток поворачивается.

6. Объясните, почему магнитное поле оказывает на проволочный моток ориентирующее действие.

7. Подтвердилась или не подтвердилась ваша гипотеза исследования?

Решение.

3. Объясните, почему стальные опилки ориентируются относительно линий индукции однородного магнитного поля.

Сталь является ферромагнетиком. Каждая отдельная стальная опилка, попадая в магнитное поле, намагничивается и превращается в маленький магнит (магнитный диполь) с северным и южным полюсами. На каждый такой магнитный диполь со стороны внешнего магнитного поля действует вращающий момент (момент сил), который стремится повернуть его так, чтобы его собственная ось совпала по направлению с линиями магнитной индукции внешнего поля. В результате этого все опилки выстраиваются в цепочки вдоль силовых линий, наглядно визуализируя их картину. В однородном поле эти линии параллельны друг другу, поэтому опилки образуют параллельные цепочки.

Ответ: Стальные опилки, являясь ферромагнетиком, намагничиваются в магнитном поле и ведут себя как маленькие магнитные стрелки, которые под действием вращающего момента ориентируются вдоль линий магнитной индукции.

6. Объясните, почему магнитное поле оказывает на проволочный моток ориентирующее действие.

Проволочный моток (рамка), по которому протекает электрический ток, сам создает магнитное поле и ведет себя как магнитный диполь. С другой стороны, на проводники рамки, по которым течет ток, в магнитном поле действует сила Ампера. Направление этой силы определяется по правилу левой руки. На две противоположные стороны рамки, перпендикулярные линиям поля, эти силы действуют в противоположных направлениях. Эта пара сил создает вращающий момент $\text{M}$, который поворачивает рамку. Величина момента сил зависит от силы тока $\text{I}$, индукции магнитного поля $\text{B}$, площади рамки $\text{S}$ и угла $\alpha$ между вектором магнитной индукции и нормалью (перпендикуляром) к плоскости рамки: $M = I B S \sin\alpha$. Вращение продолжается до тех пор, пока плоскость рамки не установится перпендикулярно линиям магнитной индукции (когда $\sin\alpha = 0$ и вращающий момент станет равен нулю). Таким образом, магнитное поле оказывает на рамку с током ориентирующее действие.

Ответ: На проводники мотка с током действует сила Ампера. Пара этих сил создает вращающий момент, который поворачивает моток, ориентируя его определенным образом в магнитном поле до тех пор, пока момент сил не станет равным нулю.

7. Подтвердилась или не подтвердилась ваша гипотеза исследования?

Конкретизированная гипотеза исследования звучит так: если в однородное магнитное поле, созданное между полюсами магнитов, поместить стальные опилки или проволочный моток с током, то они сориентируются в определённом направлении. В ходе выполнения лабораторной работы было установлено, что:
1. Стальные опилки выстраиваются в виде параллельных линий между полюсами магнитов, то есть ориентируются вдоль силовых линий поля.
2. Проволочный моток с током поворачивается и занимает устойчивое положение в магнитном поле.Оба эти наблюдения доказывают, что однородное магнитное поле оказывает ориентирующее действие. Следовательно, гипотеза исследования полностью подтвердилась.

Ответ: Да, гипотеза исследования подтвердилась.