Номер 678, страница 103 - гдз по физике 9 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Электромагнитное поле. Магнитный поток. Явление электромагнитной индукции. Правило Ленца. Самоиндукция - номер 678, страница 103.

Условие.

678. С одинаковым ли ускорением магнит будет падать через вертикальную катушку при замкнутой и разомкнутой цепях (рис. 154)? Почему?

Рис. 154

Решение.

Нет, магнит будет падать с разным ускорением. Ускорение магнита, падающего через катушку с замкнутой цепью, будет меньше, чем ускорение магнита, падающего через катушку с разомкнутой цепью.

Почему?

Это явление объясняется законом электромагнитной индукции и правилом Ленца.

В обоих случаях, когда магнит падает, он приближается к катушке, и магнитный поток через витки катушки изменяется (увеличивается). Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, это изменение потока создает (индуцирует) в катушке электродвижущую силу (ЭДС).

Дальнейшее развитие событий зависит от того, замкнута цепь или разомкнута.

• В случае разомкнутой цепи (левый рисунок), несмотря на наличие индуцированной ЭДС, электрический ток в катушке не может протекать. Следовательно, катушка не создает собственного магнитного поля, которое могло бы взаимодействовать с полем падающего магнита. На магнит действует только сила тяжести (пренебрегая сопротивлением воздуха), и его ускорение равно ускорению свободного падения, $a_1 = g$.

• В случае замкнутой цепи (правый рисунок), индуцированная ЭДС вызывает в катушке индукционный ток $I$. Согласно правилу Ленца, этот ток имеет такое направление, что созданное им магнитное поле противодействует причине его возникновения, то есть падению магнита. Когда северный полюс (N) магнита приближается к катушке сверху, в ней возникает ток, создающий вверху тоже северный полюс. Одноименные полюса отталкиваются. Таким образом, на падающий магнит, помимо силы тяжести $F_g$, направленной вниз, действует сила магнитного отталкивания $F_m$, направленная вверх. Результирующая сила, действующая на магнит, $F_{net} = F_g - F_m$. Согласно второму закону Ньютона, ускорение магнита $a_2 = \frac{F_{net}}{m} = \frac{mg - F_m}{m} = g - \frac{F_m}{m}$. Так как сила $F_m > 0$, то ускорение магнита $a_2 < g$.

Таким образом, электромагнитное взаимодействие в замкнутом контуре создает тормозящую силу, которая уменьшает ускорение падающего магнита.

Ответ: Нет, ускорение будет разным. В замкнутой катушке возникает индукционный ток, который создает магнитное поле, противодействующее падению магнита (правило Ленца). Это приводит к появлению тормозящей силы и уменьшению ускорения магнита ($a < g$). В разомкнутой катушке индукционный ток не возникает, тормозящая сила отсутствует, и магнит падает с ускорением свободного падения ($a = g$).