Номер 4, страница 97 - гдз по физике 9 класс самостоятельные и контрольные работы Марон, Марон

Глава 4. Строение атома и атомного ядра. Использование энергии атомных ядер. Контрольная работа № 6 (подготовка к экзамену). Вариант 4 - номер 4, страница 97.

Условие.

4. Внутри катушки, соединённой с гальванометром, находится малая катушка, подключённая к источнику тока (рис. 132). Первую секунду от начала эксперимента малая катушка неподвижна внутри большой катушки. В течение следующей секунды её вынимают из большой катушки. Третью секунду малая катушка находится вне большой катушки. В течение четвёртой секунды малую катушку вдвигают в большую. В какой(ие) промежуток(ки) времени гальванометр зафиксирует появление индукционного тока?

Рис. 132

Решение.

Решение

Индукционный ток в большой катушке, соединённой с гальванометром, возникает в соответствии с законом электромагнитной индукции Фарадея. Этот закон гласит, что электродвижущая сила (ЭДС) индукции $ \mathcal{E}_{i} $, а следовательно и индукционный ток, появляются в замкнутом контуре только тогда, когда изменяется магнитный поток $ \Phi $, пронизывающий этот контур. Величина ЭДС индукции определяется скоростью изменения магнитного потока:

$ \mathcal{E}_{i} = - \frac{\Delta\Phi}{\Delta t} $

В данном эксперименте малая катушка, подключённая к источнику тока, создаёт вокруг себя постоянное магнитное поле. Магнитный поток, пронизывающий большую катушку, зависит от этого поля и от взаимного расположения катушек. Поскольку магнитное поле малой катушки постоянно, изменение магнитного потока через большую катушку может произойти только при движении одной катушки относительно другой.

Проанализируем каждый этап эксперимента:

Первая секунда: малая катушка неподвижна внутри большой. Их взаимное расположение не меняется. Магнитный поток через большую катушку постоянен. Изменения потока нет ($ \Delta\Phi = 0 $), поэтому индукционный ток не возникает.

Вторая секунда: малую катушку вынимают из большой. Происходит движение катушек относительно друг друга. Магнитный поток, пронизывающий большую катушку, изменяется (уменьшается). Это изменение потока ($ \Delta\Phi \neq 0 $) приводит к возникновению индукционного тока, который регистрируется гальванометром.

Третья секунда: малая катушка неподвижна вне большой. Взаимное расположение снова постоянно. Магнитный поток через большую катушку не изменяется ($ \Delta\Phi = 0 $). Индукционный ток отсутствует.

Четвёртая секунда: малую катушку вдвигают в большую. Снова происходит относительное движение катушек, что вызывает изменение (увеличение) магнитного потока через большую катушку ($ \Delta\Phi \neq 0 $). В большой катушке возникает индукционный ток, и гальванометр показывает его наличие.

Таким образом, гальванометр зафиксирует ток только в те моменты, когда происходит относительное движение катушек.

Ответ: Гальванометр зафиксирует появление индукционного тока в течение второй секунды и в течение четвёртой секунды.