Страница 172 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

1. Опишите опыт, подтверждающий связь между направлением тока в проводнике и направлением линий магнитного поля, созданного проводником.

1. Опишите опыт, подтверждающий связь между направлением тока в проводнике и направлением линий магнитного поля, созданного проводником.

Связь между направлением электрического тока в проводнике и направлением линий создаваемого им магнитного поля можно наглядно продемонстрировать с помощью опыта, являющегося вариацией классического опыта Эрстеда.

Необходимое оборудование:

• Источник постоянного тока;
• Прямой проводник;
• Ключ для замыкания и размыкания цепи;
• Соединительные провода;
• Несколько небольших магнитных стрелок (компасов);
• Горизонтальная подставка (например, лист картона), через которую можно пропустить проводник.

Порядок проведения опыта:

1. Собираем электрическую цепь, состоящую из источника тока, ключа и прямого проводника. Проводник располагаем вертикально, пропустив его через отверстие в центре листа картона.
2. Вокруг проводника на картонной подставке размещаем магнитные стрелки. Пока ток в цепи отсутствует, все стрелки ориентируются в одном направлении, указывая на северный магнитный полюс Земли.
3. Замыкаем ключ. По проводнику начинает течь электрический ток (например, сверху вниз). В этот момент мы наблюдаем, что все магнитные стрелки поворачиваются и располагаются по касательным к концентрическим окружностям, центром которых является проводник. Северные полюсы всех стрелок указывают в одном направлении вдоль этих окружностей (например, по часовой стрелке).
4. Меняем полярность подключения источника тока, чтобы изменить направление тока в проводнике на противоположное (теперь ток течет снизу вверх).
5. Снова замкнув ключ, мы увидим, что магнитные стрелки опять выстроились по окружностям, но теперь они развернулись на 180 градусов и их северные полюсы указывают в противоположном направлении (в нашем примере — против часовой стрелки).

Вывод из опыта: Данный опыт доказывает, что вокруг проводника с током существует магнитное поле, силовые линии которого являются замкнутыми окружностями. Что самое важное, направление этих линий (указываемое северным полюсом магнитной стрелки) однозначно связано с направлением тока: при изменении направления тока на противоположное, направление линий магнитного поля также изменяется на противоположное.

Ответ: Опыт, в котором вокруг прямого проводника с током располагают магнитные стрелки, показывает, что стрелки выстраиваются вдоль концентрических окружностей. При изменении направления тока в проводнике на противоположное, все магнитные стрелки поворачиваются на 180 градусов. Это прямо подтверждает наличие связи между направлением тока и направлением линий созданного им магнитного поля.

2. Сформулируйте правило буравчика.

Правило буравчика (или правило правого винта) — это мнемоническое правило, используемое в физике для определения направления вектора магнитной индукции $B$, создаваемого прямолинейным проводником с током.

Формулировка правила следующая: если направление поступательного движения буравчика с правой резьбой совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения рукоятки буравчика совпадает с направлением линий магнитного поля, создаваемого этим током.

Существует также эквивалентное правило правой руки: если обхватить проводник правой рукой так, чтобы отогнутый большой палец указывал направление тока, то направление, в котором согнуты остальные четыре пальца, покажет направление линий магнитного поля.

Ответ: Если ввинчивать буравчик (винт с правой резьбой) по направлению тока в прямолинейном проводнике, то направление вращения ручки буравчика укажет направление линий магнитного поля этого тока.

3. Что можно определить с помощью этого правила?

С помощью правила буравчика (или правила правой руки) можно однозначно определить направление одной из двух взаимосвязанных физических величин, если известно направление другой. В частности, оно позволяет:

• Определить направление линий магнитного поля (и вектора магнитной индукции $B$, который направлен по касательной к этим линиям), если известно направление электрического тока в проводнике.
• Решить обратную задачу: определить направление тока в проводнике, если известно направление линий создаваемого им магнитного поля (например, по ориентации северного полюса магнитной стрелки).

Это правило является фундаментальным для понимания явлений электромагнетизма.

Ответ: С помощью правила буравчика можно определить направление линий магнитного поля по известному направлению тока или, наоборот, определить направление тока по известному направлению линий его магнитного поля.

2. Сформулируйте правило буравчика.

Правило буравчика, также известное как правило правого винта, — это мнемоническое правило, используемое в электродинамике для определения направления линий магнитного поля, которое создается электрическим током.

Для прямолинейного проводника с током правило формулируется так: если направление поступательного движения буравчика (винта с правой резьбой) совпадает с направлением тока ($I$) в проводнике, то направление вращения рукоятки буравчика покажет направление линий вектора магнитной индукции ($\vec{B}$) вокруг этого проводника. Линии магнитной индукции в этом случае представляют собой концентрические окружности, охватывающие проводник.

Для соленоида (катушки с током) правило применяется несколько иначе: если вращать рукоятку буравчика по направлению тока в витках катушки, то его поступательное движение укажет направление линий магнитного поля внутри соленоида (то есть направление на его северный полюс $N$).

Правило буравчика является практическим следствием закона Био-Савара-Лапласа и по сути является способом наглядно представить результат векторного произведения. Часто в качестве альтернативы используется эквивалентное ему правило правой руки.

Ответ: Если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения его рукоятки совпадает с направлением линий магнитного поля, созданного этим током.

3. Что можно определить, используя правило буравчика?

2. Сформулируйте правило буравчика.

Правило буравчика (также известное как правило правого винта) — это мнемоническое правило, которое связывает направление электрического тока с направлением порождаемого им магнитного поля. Существуют две основные формулировки этого правила, применяемые к разным ситуациям.

Для прямолинейного проводника с током:

Если направление поступательного движения острия буравчика (винта с правой резьбой) совместить с направлением тока в проводнике, то направление вращения рукоятки буравчика укажет направление линий магнитной индукции (магнитного поля) вокруг этого проводника.

Для соленоида (катушки с током):

Если вращать рукоятку буравчика по направлению тока в витках соленоида, то направление поступательного движения острия буравчика укажет направление линий магнитного поля внутри соленоида (то есть, направление на северный полюс электромагнита).

Ответ: Правило буравчика гласит: если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения его ручки указывает направление линий магнитного поля.

3. Что можно определить, используя правило буравчика?

Используя правило буравчика, можно установить однозначную связь между направлением электрического тока и направлением линий вектора магнитной индукции $ \vec{B} $ создаваемого им магнитного поля.

Таким образом, с помощью этого правила можно:

1. Определить направление линий магнитного поля, если известно направление тока. Это применимо как для прямого проводника, так и для соленоида (катушки), где правило помогает найти северный и южный полюсы.

2. Определить направление электрического тока в проводнике, если известно направление линий окружающего его магнитного поля.

Ответ: С помощью правила буравчика можно определить направление линий магнитного поля, создаваемого электрическим током, или, наоборот, определить направление тока по известному направлению магнитного поля.

4. Сформулируйте правило правой руки.

4. Правило правой руки — это мнемоническое правило для определения направления линий магнитного поля, создаваемого электрическим током. Существует две распространенные формулировки этого правила: для прямого проводника и для катушки с током (соленоида).

1. Для прямого проводника с током:

Если обхватить прямой проводник ладонью правой руки так, чтобы большой палец был направлен вдоль направления электрического тока, то направление, в котором загибаются остальные четыре пальца, укажет направление линий вектора магнитной индукции $ \vec{B} $.

2. Для катушки с током (соленоида):

Если обхватить соленоид ладонью правой руки так, чтобы четыре пальца были направлены по направлению тока в его витках, то отставленный в сторону большой палец укажет направление линий магнитной индукции $ \vec{B} $ внутри соленоида. Этот палец будет указывать на северный полюс ($ N $) электромагнита.

Обе формулировки являются следствием закона Био-Савара-Лапласа и позволяют легко запомнить связь между направлением тока и его магнитным полем.

Ответ: Правило правой руки формулируется так: для прямого проводника — если большой палец правой руки направить по току, то согнутые пальцы укажут направление линий магнитного поля; для соленоида — если четыре пальца правой руки направить по току в витках, то большой палец укажет направление магнитного поля внутри соленоида (на его северный полюс).

5. С помощью правила правой руки можно установить однозначную связь между направлением электрического тока в проводнике и направлением линий индукции создаваемого им магнитного поля. Это правило позволяет решать как прямую, так и обратную задачу.

В частности, можно определить:

1. Направление магнитного поля по известному току. Если известно направление тока в прямолинейном проводнике, можно найти направление линий магнитной индукции $ \vec{B} $ вокруг него. Если известно направление тока в витках соленоида, можно найти направление линий магнитной индукции внутри него и определить, где находится его северный ($ N $) и южный ($ S $) полюсы.

2. Направление тока по известному магнитному полю. Если известно направление линий магнитного поля (например, определено с помощью магнитной стрелки), то, применяя правило в обратном порядке, можно найти направление тока в прямом проводнике или в витках соленоида, который создает это поле.

Таким образом, это правило является фундаментальным мнемоническим инструментом для качественного анализа магнитных полей постоянных токов.

Ответ: С помощью правила правой руки можно определить направление линий магнитного поля по известному направлению тока или, наоборот, определить направление тока по известному направлению магнитного поля. Это применимо как для прямых проводников, так и для катушек с током (соленоидов).

5. Что можно определить с помощью правила правой руки?

Решение

Правило правой руки — это мнемоническое правило, которое помогает определить направление векторов в электродинамике. Существует несколько его формулировок для разных физических явлений.

1. Определение направления магнитного поля прямого проводника с током

Эту формулировку также называют правилом буравчика или правилом обхвата правой рукой. Чтобы определить направление линий магнитного поля, создаваемого током:

• Нужно мысленно обхватить проводник ладонью правой руки.
• Большой палец следует направить вдоль направления электрического тока (от «+» к «-»).
• Тогда четыре согнутых пальца укажут направление линий вектора магнитной индукции $\vec{B}$ вокруг проводника.

Ответ: С помощью правила правой руки можно определить направление линий магнитного поля, создаваемого прямым проводником с током.

2. Определение направления магнитного поля соленоида (катушки с током)

Для определения направления магнитного поля внутри катушки с током (соленоида):

• Нужно мысленно обхватить соленоид ладонью правой руки.
• Четыре пальца следует направить по направлению тока в витках катушки.
• Тогда отогнутый на 90° большой палец укажет направление линий вектора магнитной индукции $\vec{B}$ внутри соленоида. Этот конец соленоида будет его северным магнитным полюсом (N).

Ответ: С помощью правила правой руки можно определить направление магнитного поля внутри соленоида и, соответственно, его магнитные полюса.

3. Определение направления индукционного тока

Правило правой руки используется для определения направления тока, который возникает в проводнике при его движении в магнитном поле (явление электромагнитной индукции):

• Нужно расположить ладонь правой руки так, чтобы линии вектора магнитной индукции $\vec{B}$ входили в ладонь (перпендикулярно ей).
• Отогнутый большой палец нужно направить по направлению движения проводника (по вектору скорости $\vec{v}$).
• Тогда четыре вытянутых пальца укажут направление индукционного тока $I_{ind}$ в проводнике.

Важное замечание: Для определения направления силы Ампера (силы, действующей на проводник с током в магнитном поле) и силы Лоренца (силы, действующей на движущийся заряд) чаще используется правило левой руки.

Ответ: С помощью правила правой руки можно определить направление индукционного тока, возникающего в проводнике при его движении в магнитном поле.