Страница 94 - гдз по физике 9 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

633. На рисунке 122 изображён длинный цилиндрический проводник, по которому течёт электрический ток. Как направлен вектор магнитной индукции поля этого тока в точке C?

Рис. 122

Решение:

Для определения направления вектора магнитной индукции $\vec{B}$, создаваемого прямолинейным проводником с током, используется правило правой руки (или правило буравчика).
Правило гласит: если расположить правую руку так, чтобы большой палец был направлен по направлению тока $I$ в проводнике, то четыре согнутых пальца, охватывающие проводник, укажут направление линий вектора магнитной индукции.
В данной задаче ток $I$ в проводнике направлен вверх, как показано на рисунке. Применим правило правой руки:

1. Направим большой палец правой руки вверх, по направлению тока $I$.

2. Согнем остальные пальцы, как бы обхватывая проводник. Они покажут, что линии магнитной индукции представляют собой концентрические окружности вокруг проводника, направленные против часовой стрелки, если смотреть на проводник сверху.

3. Точка C находится справа от проводника. В этой точке вектор магнитной индукции $\vec{B}$ является касательным к линии индукции и, согласно направлению, указанному согнутыми пальцами, будет направлен перпендикулярно плоскости рисунка от наблюдателя (вглубь рисунка).

Ответ: Вектор магнитной индукции в точке С направлен перпендикулярно плоскости рисунка от наблюдателя.

634. В каком направлении повернётся магнитная стрелка в контуре, обтекаемом током, как показано на рисунке 123?

Рис. 123

Решение

Чтобы определить, в каком направлении повернется магнитная стрелка, нужно найти направление вектора магнитной индукции поля, создаваемого током в контуре. Для этого воспользуемся правилом правой руки (правилом буравчика).

1. Сначала определим направление магнитного поля, создаваемого верхней частью провода, которая находится над стрелкой. Ток в этом проводе течет справа налево. Согласно правилу правой руки, если направить большой палец правой руки по направлению тока (влево), то согнутые пальцы укажут направление линий магнитной индукции. В точке, где находится стрелка (под проводом), линии магнитной индукции будут направлены перпендикулярно плоскости рисунка, на нас (на наблюдателя).

2. Теперь определим направление магнитного поля от нижней части провода, которая находится под стрелкой. Ток здесь течет слева направо. Направив большой палец правой руки по току (вправо), увидим, что в точке, где находится стрелка (над проводом), согнутые пальцы также указывают направление на нас (на наблюдателя), перпендикулярно плоскости рисунка.

3. Таким образом, обе части контура создают магнитное поле, направленное в одну и ту же сторону. Результирующее магнитное поле в центре контура направлено перпендикулярно плоскости рисунка на наблюдателя.

4. Магнитная стрелка в магнитном поле ориентируется так, чтобы ее северный полюс (N) указывал направление вектора магнитной индукции. Следовательно, стрелка повернется так, что ее северный полюс (N) будет направлен на нас, а южный полюс (S) – от нас, за плоскость рисунка.

Ответ: Магнитная стрелка повернется так, что ее северный полюс (N) будет указывать перпендикулярно плоскости рисунка на наблюдателя, а южный полюс (S) – от наблюдателя.

635. Направление тока в катушке показано стрелками на рисунке 124. Укажите, где расположены северный и южный полюсы катушки.

Рис. 124

Решение

Для определения полюсов катушки с током воспользуемся правилом правой руки (правилом буравчика для соленоида). Это правило гласит: если обхватить катушку ладонью правой руки так, чтобы четыре пальца были направлены по направлению электрического тока в витках, то отставленный на 90° большой палец укажет направление на северный полюс ($N$) катушки.

На рисунке 124 стрелками показано, что ток в передней части витков, обращенной к наблюдателю, течет сверху вниз. Мысленно обхватим катушку правой рукой так, чтобы наши четыре пальца указывали вниз, в соответствии с направлением тока. В этом случае большой палец будет направлен влево.

Таким образом, слева у катушки будет находиться северный полюс ($N$), а с противоположной стороны, справа, — южный полюс ($S$).

Ответ: Северный полюс катушки расположен слева, а южный полюс — справа.

636. Укажите магнитные полюсы электромагнитов, изображённых на рисунке 125.

Рис. 125

Решение

Для определения магнитных полюсов электромагнита используется правило правой руки (или правило буравчика). Если обхватить катушку ладонью правой руки, направив четыре пальца по направлению тока в витках, то отставленный большой палец покажет направление на северный полюс (N). Направление электрического тока принято от положительного полюса источника (+) к отрицательному (–).

Левый электромагнит

В этом электромагните ток течет от правой клеммы (+) к левой клемме (–).
На правой катушке ток в витках на передней, видимой нам, стороне сердечника направлен вверх. Применяя правило правой руки, обхватываем катушку так, чтобы пальцы указывали вверх. Большой палец будет указывать наверх. Следовательно, верхний конец правой части является северным полюсом (N), а нижний — южным (S).
На левой катушке ток, пройдя через верхнюю дугу, направлен вниз. Обхватываем левую катушку правой рукой так, чтобы пальцы указывали вниз. Большой палец будет направлен вниз. Следовательно, нижний конец левой части является северным полюсом (N), а верхний — южным (S).

Ответ: у левого электромагнита левый стержень имеет северный полюс (N) внизу и южный (S) вверху; правый стержень имеет северный полюс (N) вверху и южный (S) внизу.

Правый электромагнит

В этом электромагните ток течет от левой клеммы (+) к правой клемме (–).
На левой катушке ток в витках на передней стороне сердечника направлен вверх. По правилу правой руки, верхний конец этой части будет северным полюсом (N), а нижний — южным (S).
На правой катушке ток направлен вниз. По правилу правой руки, нижний конец этой части будет северным полюсом (N), а верхний — южным (S).

Ответ: у правого электромагнита левый стержень имеет северный полюс (N) вверху и южный (S) внизу; правый стержень имеет северный полюс (N) внизу и южный (S) вверху.

637. Пометьте знаками «+» и «–» полюсы источника тока, питающего соленоид, чтобы наблюдалось указанное на рисунке 126 взаимодействие.

Рис. 126

Решение

На рисунке 126 показано, что северный полюс (N) магнитной стрелки отталкивается от соленоида. Взаимное отталкивание происходит между одноименными магнитными полюсами. Следовательно, левый торец соленоида, обращенный к магнитной стрелке, является северным полюсом (N).

Направление тока в соленоиде, создающего магнитное поле, можно определить с помощью правила правой руки. Если обхватить соленоид ладонью правой руки так, чтобы большой палец указывал направление на северный полюс (в данном случае — влево), то остальные четыре пальца, согнутые в кулак, укажут направление электрического тока в витках катушки. Применяя это правило, мы видим, что ток в передней части витков соленоида должен быть направлен сверху вниз.

Электрический ток во внешней цепи течет от положительного полюса («+») источника к отрицательному («–»). Чтобы ток в передних витках соленоида протекал вниз, он должен входить в катушку через правый вывод и выходить через левый. Таким образом, правый вывод соленоида должен быть соединен с положительным полюсом источника, а левый — с отрицательным.

Ответ: Левый вывод соленоида следует подключить к отрицательному полюсу («–») источника тока, а правый вывод — к положительному полюсу («+»).

638. Останется ли в покое магнитная стрелка, если к ней приблизить проводник с током (рис. 127)? Ответ обоснуйте.

Рис. 127

Решение

Согласно открытию Х. К. Эрстеда, вокруг любого проводника с электрическим током возникает магнитное поле. Когда к магнитной стрелке приближают проводник, по которому течет ток, стрелка оказывается в этом магнитном поле.

Магнитная стрелка представляет собой небольшой постоянный магнит, который имеет свойство ориентироваться вдоль линий индукции внешнего магнитного поля. В данном случае на стрелку будет действовать магнитное поле, созданное током в проводнике.

Направление линий магнитной индукции прямого проводника с током можно определить с помощью правила правой руки. Если направить большой палец правой руки по направлению тока (на рисунке — вниз, от «+» к «–»), то четыре согнутых пальца, обхватывающие проводник, укажут направление линий магнитного поля. В области, где находится магнитная стрелка (справа от проводника), линии поля будут направлены от наблюдателя, перпендикулярно плоскости рисунка.

Под действием этого поля магнитная стрелка придёт в движение — она повернётся так, чтобы её северный полюс (закрашенная часть) указывал направление линий магнитного поля, то есть от нас, за плоскость рисунка.

Таким образом, магнитная стрелка не останется в состоянии покоя.

Ответ: Нет, магнитная стрелка не останется в покое. Она повернётся под действием магнитного поля, создаваемого электрическим током в проводнике, и установится вдоль его силовых линий.

639. Каково направление линий индукции магнитного поля, созданного проводником с током (рис. 128, а)? В каком направлении течёт ток в проводнике (рис. 128, б)? Покажите направление линий индукции магнитного поля рамки с током (рис. 128, в).

Рис. 128

a) Для определения направления линий индукции магнитного поля, созданного прямым проводником с током, используется правило правой руки (или правило буравчика). На рисунке 128, а) ток в проводнике направлен от наблюдателя в плоскость рисунка, что условно обозначается знаком «✕» (хвостовое оперение стрелы). Согласно правилу правой руки, если расположить большой палец правой руки по направлению тока (от себя, в плоскость рисунка), то четыре согнутых пальца, обхватывающие проводник, укажут направление линий магнитной индукции. В данном случае они будут направлены по часовой стрелке.

Ответ: Линии индукции магнитного поля направлены по часовой стрелке.

б) На рисунке 128, б) показано, что линии индукции магнитного поля (вектор $\vec{B}$) направлены против часовой стрелки. Для определения направления тока в проводнике применим правило правой руки в обратном порядке. Если обхватить проводник правой рукой так, чтобы четыре согнутых пальца указывали направление линий магнитной индукции (против часовой стрелки), то отогнутый на 90 градусов большой палец покажет направление тока в проводнике. В этом случае большой палец будет направлен из плоскости рисунка на наблюдателя. Такое направление условно обозначается точкой «•» (острие стрелы, летящей на нас).

Ответ: Ток в проводнике течёт из плоскости рисунка на наблюдателя.

в) На рисунке 128, в) изображена прямоугольная рамка, подключенная к источнику постоянного тока. Принято считать, что электрический ток течёт от положительного полюса «+» к отрицательному «−». Таким образом, в левом вертикальном участке рамки ток направлен вверх, в верхнем горизонтальном — вправо, а в правом вертикальном — вниз.
Применим правило правой руки для определения направления магнитного поля для каждой стороны рамки:
- Для левого участка (ток вверх): линии индукции внутри рамки направлены от наблюдателя (в плоскость рисунка).
- Для верхнего участка (ток вправо): линии индукции внутри рамки (под проводом) направлены от наблюдателя.
- Для правого участка (ток вниз): линии индукции внутри рамки направлены также от наблюдателя.
Магнитные поля от всех участков рамки внутри нее складываются и направлены в одну сторону — от наблюдателя. Снаружи рамки линии индукции магнитного поля будут направлены в противоположную сторону — на наблюдателя. Линии магнитной индукции являются замкнутыми кривыми, охватывающими проводники с током.

Ответ: Линии индукции магнитного поля внутри рамки направлены от наблюдателя (в плоскость рисунка), а снаружи рамки — на наблюдателя (из плоскости рисунка).