Страница 93 - гдз по физике 9 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

► 628. Проведите опыт по проверке наличия трещин в фарфоровой посуде. Объясните опыт.

Проведение опыта:

Чтобы проверить фарфоровую посуду (например, чашку или тарелку) на наличие трещин, можно использовать простой акустический метод.
1. Возьмите проверяемый предмет и держите его так, чтобы он мог свободно вибрировать, например, подвесив его или удерживая кончиками пальцев.
2. Легко постучите по краю посуды небольшим твердым предметом, таким как карандаш, деревянная палочка или ноготь.
3. Внимательно прослушайте получившийся звук.

Объяснение опыта:

Физическая основа этого опыта заключается в особенностях распространения механических колебаний (звуковых волн) в твердых телах.
Целая посуда: Если в посуде нет трещин, она представляет собой единый резонатор. При ударе по ней возникают колебания, которые свободно распространяются по всему объему материала. Эти колебания имеют определенную собственную частоту и затухают медленно. В результате мы слышим чистый, звонкий, высокий и достаточно продолжительный звук.
Посуда с трещиной: Наличие трещины нарушает целостность предмета. Трещина становится препятствием для распространения колебаний. Звуковые волны, достигая трещины, поглощаются и отражаются, что приводит к их быстрому затуханию. Предмет не может колебаться как единое целое. Вследствие этого звук получается глухим, низким, дребезжащим и коротким.
Таким образом, по характеру издаваемого звука можно с большой долей вероятности судить о наличии или отсутствии в посуде скрытых дефектов.

Ответ: Для проверки фарфоровой посуды на наличие трещин необходимо легко постучать по ней и оценить издаваемый звук. Целый предмет издаст звонкий и продолжительный звук, поскольку звуковые колебания распространяются в нем свободно. Предмет с трещиной издаст глухой и короткий звук, так как трещина препятствует распространению колебаний и способствует их быстрому затуханию.

629. Академик А. Ф. Иоффе в 1911 г. обнаружил магнитное поле, возникающее вокруг пучка электронов (катодных лучей). Какого вида и направления получается магнитное поле вокруг прямого катодного пучка? Ответ поясните рисунком.

Решение

Пучок электронов (катодные лучи) представляет собой направленное движение заряженных частиц. Такое движение является электрическим током. Следовательно, вокруг катодного пучка, как и вокруг любого проводника с током, возникает магнитное поле.

По определению, направление электрического тока ($I$) принимается за направление движения положительных зарядов. Электроны заряжены отрицательно, поэтому направление тока в пучке противоположно направлению движения электронов.

Магнитное поле прямого проводника с током (в данном случае — прямого катодного пучка) представляет собой систему концентрических окружностей. Эти окружности лежат в плоскостях, перпендикулярных направлению пучка, а их центры находятся на оси пучка.

Направление вектора магнитной индукции $\vec{B}$ (направление силовых линий магнитного поля) можно определить по правилу правой руки (или правилу буравчика). Если направить большой палец правой руки по направлению тока, то согнутые четыре пальца укажут направление линий магнитного поля.

Применим это правило к катодному пучку. Пусть электроны движутся от нас за плоскость рисунка. Тогда, согласно сказанному выше, электрический ток будет направлен на нас, из плоскости рисунка. Расположим правую руку так, чтобы большой палец был направлен на нас. Тогда остальные пальцы, обхватывающие пучок, будут указывать направление линий магнитного поля против часовой стрелки.

Это можно изобразить на рисунке (вид в поперечном сечении):

Таким образом, магнитное поле вокруг прямого катодного пучка имеет вид концентрических окружностей, а его направление определяется правилом правой руки для тока, направленного противоположно движению электронов.

Ответ: Магнитное поле вокруг прямого катодного пучка представляет собой концентрические окружности, плоскости которых перпендикулярны пучку. Направление поля определяется по правилу правой руки, если считать направлением тока направление, противоположное движению электронов.

630. Шнур настольной лампы, питаемый постоянным током, поднесли к магнитной стрелке. Окажет ли магнитное поле тока действие на стрелку?

Нет, магнитное поле тока в шнуре настольной лампы практически не окажет действия на магнитную стрелку.

Обоснование:

Шнур настольной лампы представляет собой два параллельных провода, заключенных в общую изоляцию. Когда лампа включена, по одному проводу ток течет к лампе, а по другому — от лампы обратно к источнику. Это означает, что в двух проводах текут токи $I$ одинаковой величины, но в противоположных направлениях.

Каждый проводник с током создает вокруг себя магнитное поле. Согласно правилу правой руки, направления векторов индукции этих магнитных полей в любой точке пространства будут противоположными. Величина магнитной индукции $B$, создаваемой длинным прямым проводом на расстоянии $r$ от него, определяется по формуле:

$B = \frac{\mu_0 I}{2 \pi r}$

Поскольку провода в шнуре расположены очень близко друг к другу, для любой точки, находящейся на некотором удалении от шнура, расстояния до каждого из проводов можно считать практически одинаковыми. Так как и величины токов равны, то и модули векторов магнитной индукции, создаваемых каждым проводом в этой точке, будут почти одинаковы. Векторная сумма двух практически равных по модулю и противоположных по направлению векторов дает результирующий вектор, модуль которого очень близок к нулю. Таким образом, магнитные поля двух проводов почти полностью компенсируют друг друга.

В результате суммарное магнитное поле вокруг шнура настольной лампы оказывается чрезвычайно слабым. Оно значительно слабее магнитного поля Земли, которое и ориентирует магнитную стрелку. Поэтому поднесение шнура к магнитной стрелке не вызовет ее заметного отклонения.

Ответ: Нет, магнитное поле тока в шнуре настольной лампы практически не окажет действия на магнитную стрелку, так как шнур состоит из двух проводов с токами одинаковой величины, но противоположного направления. Создаваемые ими магнитные поля взаимно компенсируют друг друга.

631. На рисунке 120 приведена картина линий индукции магнитного поля в некоторой области пространства. В какой точке поле действует на магнитную стрелку с минимальной силой?

Рис. 120

Решение

Сила, с которой магнитное поле действует на магнитную стрелку, зависит от модуля вектора магнитной индукции $B$. Чем больше индукция магнитного поля, тем большая сила действует на стрелку.

Картина линий магнитной индукции позволяет качественно оценить силу поля в разных точках пространства. Густота линий магнитной индукции пропорциональна модулю вектора магнитной индукции. В тех областях, где линии расположены гуще, магнитное поле сильнее. В тех областях, где линии расположены реже, поле слабее.

Анализируя рисунок 120, можно сделать следующие выводы:

• В точке 1 линии магнитной индукции расположены наиболее густо по сравнению с другими точками. Следовательно, в этой точке магнитное поле самое сильное.

• По мере движения вправо от точки 1, линии магнитной индукции расходятся, их густота уменьшается. Это означает, что поле ослабевает.

• Точки 2 и 3 находятся в области, где поле слабее, чем в точке 1. Сравнивая густоту линий в точках 2 и 3, можно заметить, что в точке 3 линии расположены реже всего, так как она находится правее всех и в самой широкой части пучка линий на рисунке.

Таким образом, наименьшая индукция магнитного поля будет в точке 3. Следовательно, и сила, действующая на магнитную стрелку, будет минимальной в этой точке.

Ответ: В точке 3.

632. На рисунке 121 изображён проволочный виток, по которому течёт электрический ток в направлении, указанном стрелкой. Виток расположен в плоскости чертежа. Определите направление вектора индукции магнитного поля тока в центре $O$ витка.

Рис. 121

Решение

Для определения направления вектора магнитной индукции в центре витка с током используется правило правой руки (или правило буравчика).

Формулировка правила правой руки для витка с током: если обхватить виток ладонью правой руки так, чтобы четыре пальца были направлены по току, то отставленный на 90 градусов большой палец покажет направление вектора магнитной индукции $ \vec{B} $ внутри витка.

На рисунке 121 показано, что электрический ток $ I $ течет по проволочному витку против часовой стрелки. Применим правило правой руки: расположим пальцы правой руки по направлению тока (против часовой стрелки). В этом случае большой палец будет направлен перпендикулярно плоскости чертежа, из плоскости рисунка на наблюдателя.

Ответ: Вектор индукции магнитного поля в центре $ O $ витка направлен перпендикулярно плоскости чертежа на нас (от наблюдателя).